يأخذ الروبوت الصغير الخلايا لأخذ خزعة داخل الجسم

قد يكون الاختراع هو الخطوة الأولى على الطريق نحو روبوتات متنقلة صغيرة الحجم، قادرة على إجراء عمليات جراحية مجهرية داخل الجسم

ابتكر باحثون في جامعة جونز هوبكنز أجهزة بحجم حبة الغبار، قادرة على التقاط الخلايا الحية وإزالتها من المناطق التي يصعب الوصول إليها، دون الحاجة إلى أسلاك كهربائية أو أنابيب اختبار أو بطاريات. قد يكون الاختراع هو الخطوة الأولى على الطريق نحو روبوتات متنقلة صغيرة الحجم، قادرة على إجراء عمليات جراحية مجهرية داخل الجسم.

وكما ورد هذا الأسبوع في المجلة العلمية المرموقة PNAS، فإن قطر الروبوتات لا يتجاوز عُشر المليمتر، ولكن على الرغم من صغر حجمها، إلا أنه يمكن إنتاجها بكميات كبيرة وبسعر منخفض نسبيًا. واختبر الباحثون قدرات الروبوتات في المختبر وأظهروا أنهم قادرون على إجراء خزعة - إزالة عدد من الخلايا من الأنسجة الحية - على الأنسجة الحية الموضوعة داخل أنبوب ضيق.
في المرحلة الحالية، تعتبر الروبوتات مجرد جيل أول ونموذج أولي، وليست مخصصة للعلاجات البشرية.

ديفيد ه. يقول جراسياس، الذي أشرف على المشروع، إن هذه الأدوات الدقيقة، التي تستجيب للحرارة والمواد الكيميائية، تمثل نقلة نوعية في الهندسة. وقال غراسياس، الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية في كلية وايتنج للهندسة بجامعة جونز هوبكنز: "لقد أظهرنا أدوات صغيرة ورخيصة الثمن يمكن أن تخضع للتنشيط الشامل باستخدام مواد كيميائية حيوية غير سامة". "هذه خطوة أولى مهمة نحو إنشاء مجموعة جديدة من الأدوات المستقلة الدقيقة وحتى النانوية للجراحة، والتي تتفاعل كيميائيًا حيويًا، ويمكن أن تساعد الأطباء في تشخيص الأمراض وتوفير العلاج بطريقة أكثر فعالية وأقل تدخلاً."

واليوم، غالبًا ما يستخدم الأطباء المهتمون بجمع الخلايا من جسم المريض، أو علاج الأنسجة التالفة، ملاقط دقيقة متصلة بأسلاك أو أنابيب رفيعة، لكن هذه الأسلاك تجعل من الصعب تحريك الأداة في مناطق معينة من الجسم. ولحل المشكلة، تحتوي الدبابيس الحرة التي طورتها مجموعة جارسيا على النيكل المطلي بالذهب، مما يسمح لها بالانجذاب إلى المغناطيس الموجود خارج الجسم.

ويقول: "بهذه الطريقة، تمكنا من تحريك الملقط الصغير من مسافة إلى مسافة كبيرة نسبيًا في الأنسجة دون أن تعلق". "بالإضافة إلى ذلك، يتم ضبط الملاقط الدقيقة لإغلاق الخلايا وسحبها من الأنسجة عند تعرضها لبعض المواد الكيميائية الحيوية أو درجات الحرارة ذات الصلة بيولوجيًا."

تم تصميم الكماشات الدقيقة على شكل سرطان البحر الصغير - ستة أطراف بثلاثة مفاصل، تخرج من الجسم المركزي (في الواقع، جاء الإلهام لتصميم الأطراف من الحشرات، والمفصليات). استخدم الباحثون الطباعة الحجرية الضوئية - وهي طريقة تستخدم أيضًا في صنع رقائق الكمبيوتر - لتصميم الملاقط الدقيقة في وضع أولي مسطح، مع جعل جميع أرجلها مستقيمة تمامًا. وعندما يأتي اليوم، ويتم إدخال الأجهزة الصغيرة في الجسم وتشغيلها بواسطة المغناطيس، سيكون من الممكن تحديد موقعها وتوجيهها باستخدام وحدات التصوير الطبي مثل التصوير بالرنين المغناطيسي أو التصوير المقطعي المحوسب.

كيف تقوم الملاقط الدقيقة بإمساك الخلايا الموجودة في الأنسجة؟ وتعتمد هذه القدرة على التركيب الكيميائي لمفاصل الأطراف. تحتوي المفاصل على طبقات رقيقة من الكروم والنحاس، والتي تمارس قوى تؤدي إلى ثني الأطراف على نفسها، على غرار أصابع اليد. ولمنع الإغلاق التلقائي للطرف الاصطناعي، أضاف الباحثون راتينج البوليمر، الذي يمنح مفاصل الأطراف صلابة كافية ويمنع الأطراف من الانغلاق.

عندما تصل الملقطات الدقيقة إلى وجهتها، يمكن للباحثين رفع درجة الحرارة إلى أربعين درجة مئوية (أي ما يعادل حمى معتدلة إلى عالية لدى البشر)، وذلك لتليين البوليمر في المفاصل والسماح للأطراف بالانغلاق. هناك طريقة أخرى لتنشيط الأطراف وهي حقن محاليل بيولوجية غير سامة، قادرة على تليين البوليمر وتسبب غلق الكماشة على هدفها.
في التجارب المعملية، تمكن الباحثون من جعل الملقط الصغير، الموجه بالمغناطيس، يلتقط وينقل كرية ملونة من مجموعة من الكريات عديمة اللون في محلول مائي. كما قام أعضاء المجموعة بالتقاط عشرات الخلايا الحية من كتلة من الخلايا موضوعة في نهاية أنبوب رفيع. ظلت الخلايا على قيد الحياة لمدة 72 ساعة بعد التجربة، مما يثبت أن عملية الالتقاط لم تضرها. كما تمكنت الملاقط الدقيقة من التقاط عينات من أنسجة المثانة البقرية، والتي تعتبر أنسجة قوية بشكل خاص.

أثبتت التجارب أن فكرة الروبوتات الصغيرة الخالية من الأسلاك ممكنة بالفعل، ولها إمكانية التطبيق الطبي، ولكن ليس كل شيء ورديًا. سيتعين على الروبوتات إجراء العديد من التغييرات حتى يتم تصميم النموذج الأولي لإجراء العمليات الجراحية على البشر. ولتفعيل الروبوت اليوم، لا بد من رفع درجة حرارة الجسم، أو حقن المحاليل الحيوية في مجرى الدم. قد تكون هذه الفكرة مقبولة هندسيًا، لكن من المحتمل أن يستغرق الأمر وقتًا حتى يتم قبولها من قبل الأطباء والمرضى. بالإضافة إلى ذلك، ربما تكون المشكلة الأكبر التي تواجه الباحثين هي إيجاد طريقة لإزالة الروبوتات - مع الخلايا التي تحملها - من جسم المريض بعد إجراء الإجراء الطبي.

وعلى الرغم من الصعوبات العديدة التي لا تزال تنتظر الروبوتات الدقيقة، إلا أنها قد تؤدي إلى تطبيقات بعيدة المدى. ليس من المستحيل أن تتمكن الروبوتات الصغيرة في المستقبل من إجراء خزعات على الخلايا الفردية، وتشخيص ما إذا كانت سرطانية، وإطلاق مواد سامة ستكون قادرة على قتل الورم داخل الجسم بطريقة مستهدفة. وستكون الروبوتات الصغيرة الأخرى، أو حتى الروبوتات النانوية، قادرة على القيام بعمليات الهندسة الوراثية وحتى الصيانة اليومية للجسم. لكن في العلم لا توجد قفزات كبيرة، بل هناك فقط سلسلة من الخطوات الصغيرة، التي تتقارب في النهاية لتشكل منتجًا نهائيًا. يعد الروبوت الصغير Gracias خطوة صغيرة أخرى على الطريق نحو المستقبل الواعد للطب.

للحصول على معلومات على موقع جامعة جونز هوبكنز

الفيلم (موصى به للغاية!)