نجح الكيميائيون في تطوير جسيمات نانوية مبتكرة يمكنها أداء نوعين من التصوير في الوقت نفسه - الرنين المغناطيسي والتألق، في المختبر. يمكن أن تساعد الجسيمات من هذا النوع العلماء على تتبع مسار جزيئات محددة تتشكل في الجسم، ومراقبة بيئة الورم السرطاني، وحتى تحديد ما إذا كانت الأدوية التي تم تناولها قد وصلت بنجاح إلى وجهتها المطلوبة.
[ترجمة د.نحماني موشيه]
نجح الكيميائيون في تطوير جسيمات نانوية مبتكرة يمكنها أداء نوعين من التصوير في الوقت نفسه - الرنين المغناطيسي والتألق، في المختبر. يمكن أن تساعد الجسيمات من هذا النوع العلماء على تتبع مسار جزيئات معينة تتشكل في الجسم، ومراقبة بيئة الورم السرطاني، وحتى تحديد ما إذا كانت الأدوية التي تم تناولها قد وصلت بنجاح إلى وجهتها المطلوبة.
نجح كيميائيون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في تطوير جسيمات نانوية مبتكرة يمكنها أداء نوعين من التصوير في الوقت نفسه - الرنين المغناطيسي والفلورسنت، في الحياة الواقعية. يمكن أن تساعد الجسيمات من هذا النوع العلماء على تتبع مسار جزيئات معينة تتشكل في الجسم، ومراقبة بيئة الورم السرطاني، وحتى تحديد ما إذا كانت الأدوية التي تم تناولها قد وصلت بنجاح إلى وجهتها المطلوبة. وفي مقال نشر في المجلة العلمية Nature Communications، أظهر الباحثون استخدام الجزيئات الجديدة، والتي تشمل أجهزة كشف الرنين المغناطيسي والفلورسنت المتميزة، لتتبع فيتامين C في الفئران. عندما يكون تركيز الفيتامين مرتفعًا، تظهر الجسيمات إشارة فلورية قوية مع تباين ضعيف في التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). إذا كان تركيز الفيتامين منخفضًا، يتم الحصول على إشارة رنين مغناطيسي أقوى وتصبح إشارة الفلورسنت ضعيفة.
يمكن استخدام الإصدارات المستقبلية من الجسيمات للكشف عن أنواع الأكسجين التفاعلية المرتبطة غالبًا بتطور أمراض مختلفة، كما يقول جيريميا جونسون، أستاذ الكيمياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للورقة البحثية. سيكون من الممكن أيضًا تصميم الجزيئات بحيث يمكنها اكتشاف أكثر من جزيء واحد في المرة الواحدة. ويضيف الباحث الرئيسي: "يمكن تعلم الكثير عن تطور الأمراض إذا تم استخدام كاشفات الصور التي تمكن من استشعار جزيئات حيوية محددة".
صمم الباحثون جزيئاتهم بحيث يمكن بناؤها من وحدات بناء تتكون من سلاسل بوليمر مرتبطة بعامل تباين عضوي (نيتروكسيد) يستخدم في التصوير بالرنين المغناطيسي أو بجزيء فلورسنت (Cy5.5).
عندما يتم خلط هذين المكونين بالنسب المرغوبة، تتحد وحدات البناء معًا لتشكل بنية نانوية محددة يسميها الباحثون "بوليمر فرشاة الزجاجة المتفرعة". في هذه الدراسة قاموا بتصنيع جسيمات تتكون من 99% سلاسل حاملة للنيتروكسيد و1% فقط من جزيء الفلورسنت.
النيتروكسيدات هي جزيئات نشطة للغاية تحتوي على ذرة نيتروجين مرتبطة بذرة أكسجين تحتوي على إلكترون واحد. تقوم هذه الجزيئات بقمع فلورة المكون الثاني (Cy5.5)، ولكن عندما يتلامس النيتروكسيد مع جزيء يمكن أن يستقبل منه إلكترونًا إضافيًا، مثل فيتامين C، فإنه يصبح غير نشط ويبدأ المكون الثاني في التوهج ضوئي. عادةً ما يكون عمر النيتروكسيدات قصيرًا جدًا في الأنظمة الحية، إلا أن أحد العلماء المشاركين في البحث اكتشف مؤخرًا أنه يمكن تمديد فترة حياتها عن طريق ربط مجموعتين كيميائيتين كبيرتين بها. علاوة على ذلك، أظهر الباحثون أن دمج النيتروكسيد في بنية البوليمر يؤدي إلى تحسينات أكبر من حيث عمر النيتروكسيد. بعد هذه التغييرات، يمكن أن تبقى النيتروكسيدات في مجرى الدم لعدة ساعات - وهي فترة كافية لجعل قياسات التصوير بالرنين المغناطيسي مفيدة ممكنة.
ووجد الباحثون أن جزيئات التصوير الخاصة بهم تراكمت في الكبد، كما هو الحال عادة بالنسبة للجسيمات النانوية. ينتج كبد الفأر فيتامين C، وبمجرد وصول الجزيئات إلى الكبد، فإنها تستقبل إلكترونات من الفيتامين الموجود هناك، مما يؤدي إلى إيقاف إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي وزيادة التألق. ولم يجد الباحثون أيضًا أي إشارة تصوير بالرنين المغناطيسي في الدماغ، لكنهم وجدوا مستوى منخفضًا من التألق هناك، وهو العضو الذي يستهدف الكثير من فيتامين C المنتج في الكبد. في المقابل، في الدورة الدموية والكلى، حيث يكون تركيز فيتامين C منخفضًا، كانت إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي في أقصى مستوى لها.
ويعمل الباحثون حاليًا على زيادة الفرق بين نوعي الإشارات عندما يواجه الكاشف جزيئًا مستهدفًا مثل فيتامين C. وتمكن الباحثون أيضًا من إنتاج جسيمات نانوية قادرة على حمل المواد المشعة مع ما يصل إلى ثلاثة أدوية مختلفة. وهذا يسمح للباحثين بفحص ما إذا كانت الجسيمات النانوية تصل بالفعل إلى أهدافها الضرورية. يقول الباحث الرئيسي: "هذه هي الميزة العظيمة لنظامنا - يمكننا مزج أي مادة نريدها ومطابقتها وإضافة أي مادة نريدها تقريبًا".
ويمكن أيضًا استخدام هذه الجسيمات لتقدير معدل تركيز جذور الأكسجين في الأورام السرطانية، وهو اكتشاف يمكن أن يوفر معلومات أساسية فيما يتعلق بخطورة السرطان. يقول الباحث الرئيسي: "نعتقد أنه من الممكن الكشف عن معلومات حول بيئة السرطان بمساعدة هذه الكاشفات، إذا تمكنا من إيصالها إلى هناك". "في يوم من الأيام، سنكون قادرين على حقن هذه الجسيمات النانوية في المريض وتلقي المعلومات البيوكيميائية في الوقت الحقيقي فيما يتعلق بمواقع المرض وتتبع الأنسجة السليمة داخلها، وهي آلية ليست بهذه البساطة اليوم."
