قامت مجموعة بحث من التخنيون بتطوير طريقة فريدة لاستخدام السباحين الصغار (أو الآلات الدقيقة) كوسيلة لالتقاط الخلايا الفردية بشكل انتقائي، وإدخال الجزيئات فيها بكفاءة ودقة ونقلها إلى الموقع المطلوب لمزيد من التحليل. سيتم استخدام هذه المنصة لتشخيص الأمراض والعلاج الخلوي وتوصيل الأدوية المستهدفة وستكون أداة تجريبية للبحث في البيولوجيا الجزيئية
قامت مجموعة بحثية من التخنيون بتطوير طريقة مبتكرة لاستخدام السباحات الدقيقة كوسيلة لالتقاط الخلايا الفردية بشكل انتقائي، وإدخال الجزيئات فيها بكفاءة ودقة ونقلها إلى الموقع المطلوب لمزيد من التحليل. سيتم استخدام هذه المنصة لتشخيص الأمراض والعلاج الخلوي وتوصيل الأدوية المستهدفة وستكون أداة تجريبية للبحث في البيولوجيا الجزيئية.
السباحون الصغار، ويطلق عليهم أحيانًا "الجزيئات النشطة" أو "الآلات الدقيقة"، هم جزيئات صغيرة لها القدرة على تعزيز نفسها. في السنوات الأخيرة، تم اكتشاف هذه الجسيمات كأدوات مجهرية ونانوية واعدة لتحليل الخلية الواحدة، وتوصيل الأدوية، وإزالة السموم، والعلاج البيئي، والشفاء الذاتي، والمزيد. وتعتمد الحركة الذاتية (الاستقلالية) للجزيئات النشطة على قدرتها على حصد الطاقة واستخدامها بشكل غير متماثل، مما يؤدي إلى تفعيل القوى المحلية التي تحركها.
قاد البحث البروفيسور جلعاد يوسفون من كلية الهندسة الميكانيكية مع طلاب ما بعد الدكتوراه الدكتور يو وو من كلية الهندسة الميكانيكية والدكتور آبو فو من كلية الطب في رابابورت. ونشرت الدراسة في مجلة Science Advances المرموقة.
نهج عام يمكن تطبيقه ليس فقط على البكتيريا، بل على مجموعة واسعة من أنواع الخلايا
وفقا للبروفيسور يوسفون، "في الدراسة الحالية تمكنا من أن نظهر لأول مرة أنه باستخدام مجال كهربائي خارجي واحد نحن قادرون على إجراء مجموعة متنوعة من العمليات التي تشمل التقاط البكتيريا ونقلها بالإضافة إلى التثقيب الكهربائي الانتقائي. وهذا نهج عام يمكن تطبيقه ليس فقط على البكتيريا، بل أيضًا على مجموعة واسعة من أنواع الخلايا والسباحين الصغار." Electroporation هي طريقة يتم من خلالها تطبيق مجال كهربائي على الخلية لزيادة نفاذية الغشاء وبالتالي إدخال الجزيئات والأدوية والحمض النووي والمواد الأخرى إلى الخلية. ومن بين أمور أخرى، يتم استخدام هذه الطريقة لإدخال الحمض النووي في البكتيريا لإجبارها على تكرار نفس الحمض النووي.
تسمح طرق التثقيب الكهربائي الحالية بإجراء ذلك فقط على مجموعة كبيرة من الخلايا في نفس الوقت، وليس على خلية واحدة محددة. يتيح الإنجاز الذي حققه البروفيسور يوسيفون عملية التثقيب الكهربائي وإدخال الجزيئات على مستوى الخلية الواحدة والتي يمكن اختيارها بطريقة مستهدفة. ومع ذلك، فإن الطريقة الجديدة تتيح أيضًا إجراء عملية التثقيب الكهربائي في العديد من الخلايا في نفس الوقت، من خلال الدفع المستقل للسباحات الصغيرة. ترجع فعالية العملية الجديدة جزئياً إلى التثقيب الكهربائي الموضعي الذي يتم تطبيقه على جزء من الخلية ويزيد من فرص بقائها وبالتالي معدل نجاح العملية. في الواقع، إنه نوع من "المختبر على الجسيمات"، يعتمد على السباحين الصغار. إلى جانب المزايا الحالية لـ "المختبرات على الشريحة" - التنقل والكفاءة والمزيد - تتغلب المنصة الجديدة - على تحديات مثل التعقيد والتخطيط المبكر، حيث لم يعد من الضروري إنتاج شريحة بنظام القنوات الدقيقة والأقطاب الكهربائية ذات هندسة ثابتة مخططة مسبقا. بالإضافة إلى ذلك، على عكس التقنيات الأخرى التي يتم تطويرها حاليًا لصالح التثقيب الكهربائي على خلية واحدة، فإن التقنية الجديدة لا تتطلب الوصول إلى الخلية من الخارج، مثل المناورات الدقيقة الخارجية، لأنها تسمح للخلية بالتأثر بالجسيم النشط حتى في الأماكن المغلقة التي لا يمكن الوصول إليها من الخارج.
وقد تم إثبات هذا النهج بنجاح على البكتيريا وعلى جسيمات يانوس - وهي جسيمات نشطة اصطناعية ذات طلاء معدني غير منتظم بغرض كسر التماثل. تشكل هذه الجسيمات في الواقع قطبًا كهربائيًا عائمًا يتحكم فيه المشغل. تنطبق هذه الطريقة على مجموعة واسعة من الخلايا والآلات الدقيقة، ويعمل فريق بحث البروفيسور يوسيفون على توسيع نطاقها لتشمل الخلايا البشرية بالإضافة إلى أنواع مختلفة من البضائع والآلات الدقيقة المختلفة.
تم دعم البحث من قبل مؤسسة العلوم الإسرائيلية (ISF) ومنحة دراسية بمرتبة الشرف من GTIIT (معهد قوانغدونغ-تخنيون-إسرائيل للتكنولوجيا) لطالب ما بعد الدكتوراه الدكتور يو وو.
