تمت كتابة وترجمة وتدقيق هذا المقال بدعم سخي من شركة (Humabiologics Inc) وبإشراف الدكتور لؤي الزعبي
فرص كبيرة يمكن أن تضاف إلى الطب التعويضي والعلاج بإستخدام الحلول الإلكترونية: سقالة حيوية توفر بيئة مناسبة لزراعة خلايا وبنفس الوقت تراقب الخلايا وبنفس الوقت تحفز الخلايا بإستخدام التيار الكهربائي
إن أحد أساليب علاج أمراض القلب هو عملية تعرف بالإستئصال القلبي (وهي عملية جراحية يتم فيها إزالة الأنسجة المتضررة في القلب والتي تشكل تهديداً على حياة الإنسان) ولطالما حاول الأطباء و الباحثون التوصل إلى أفضل طريقة لملأ الفراغ الناتج عن إزالة هذه الأنسجة.
كانت هناك أبحاث لإنشاء حشوات (سقالات) ثلاثية الأبعاد مصنوعة من تراكيب خلايا جلد المريض لتشكيل خلايا قلب جديدة تملاء الفراغ الحاصل من إزالة الأنسجة التالفة. ومع ذلك، فإن هذه المحاولات لم تصل بعد لطريقة تمكّن الأطباء من المراقبة المستمرة لهذه الأنسجة والتحكم في تطورها.
يبدو أن الباحثين في جامعة هارفارد الأمريكية وبقيادة تشارلز ليبر قد توصلوا حديثا إلى إيجاد طريقة لإبتكار سقالات لأنسجة القلب يمكن لها التحكم بالخلايا المزروعة عليها و يمكن لها أن تكون وسيلة مراقبة بنفس الوقت. وقد تم ذلك عن طريق محاكاة مصفوفات (شبكات) حساسة نانوية (متناهية الصغر) ثلاثية الأبعاد. أظهرت نتائج إستخدام هذه السقالات القدرة على مراقبة الخلايا والأنسجة في لحظيا وعلى مدار الساعة ويمكن لها التحكم في الفسيولوجيا الكهربائية لأنسجة القلب المزروعة عليها.
وقد استخدم ليبر وفريقه في البحث الموصوف في مجلة نيتشر نانوتكنولوجي منهجاً يشبه الطباعة ثلاثية الأبعاد وتشكيل السقالة بطريقة “إضافة الطبقات فوق بعضها البعض” حيث بدأ في تشكيل خيوط نانوية موصلة للتيار الكهربائي شبيهة بالمواد المستخدمة في صناعة الرقائق الإلكترونية الموجودة في جهاز الحاسوب. من الجدير بالذكر بأن ليبرو كان لسنوات وما زال أحد روّاد الباحثين في إستخدام خيوط السيلكون النانوية كسقالات لنمو أنسجة الأعصاب والقلب والعضلات في الولايات المتحدة الأمريكية وحول العالم.
وفي بحثه الأخير صنع ليبرو وفريقه خيوطاً نانوية وقاموا بتطبيقها على سطح بوليمر (مادة بلاستيكية) ثم رتبوها على شكل شبيه بِ ترانزستور (FET) الذي يستخدم في المعدات الالكترونية والكهربائية. إستطاع الباحثون تجنب الارتفاع في مقاومة السقالة الكهربائية عن طريق تقليل أبعادها وتبني تصميم الترانستور بدلاً من تشكيلها ببساطة كقطب كهربائي. إن جهد فريق البحث أنتج سقالة بأبعاد (4 ميكرومتر*20 ميكرومتر*350 نانومتر). للتذكير: المتر الواحد به ألف مليون نانومتر. وكل من هذه السقالات كانت تعمل حساساً إلكترونياً مستقلاً لمراقبة عمل الخلايا المزروعة عليها.
وفي مقابلة عبر البريد الإلكتروني مع مجلة معهد المهندسين الكهربائيين والإلكترونيين (سبكترم) قال ليبر: “إن عملنا هذا أظهر وللمرة الأولى سقالة حيوية نانوية (متناهية الصغر) لزراعة الخلايا والأنسجة تعمل كعمل حساس إلكتروني في نفس الوقت وبنفس الحجم والخصائص الميكانيكية الخاصة بسقالة أنسجة القلب التقليدية المصنوعة من مواد حيوية والمعتمدة من مؤسسة الغذاء والدواء الأميركية. ويقول: “بالمقارنة مع عملنا السابق فقد قمنا بتقليل حجم السقالة بمقدار 10 مرات وأصبحت تتميز بليونة أكثر بمقدار 1000 مرة والذي يعد أمراً بالغ الأهمية يجعلها شبيهةً أكثر بخلايا وأنسجة القلب الطبيعية.
إن كل سقالة نسيجية تتألف من أربع طبقات، كل منها يحتوي ١٦ سقالة (شبكة) من السقالات الموصوفة سابقاً مرتبة على شكل مصفوفة (4×4) بالإضافة إلى أربعة أقطاب إلكترونية نانوية دائرية من مادتي البلاتينيوم والبالاديوم والتي توفر إمكانية التحفيز الكهربائي اللازم لتنشيط عمل الخلايا. وتبطن كل طبقة من هذه الطبقات الأربع بألياف من البوليمر تزوّد السقالة النهائية بمقاومة الانحناء تماشياً مع التكنولوجيا الحالية. تخيل وتخيلي معي هنا الإبداع في التصميم، سقالة حيوية توفر بيئة مناسبة لزراعة خلايا وبنفس الوقت تراقب الخلايا وبنفس الوقت تحفز الخلايا بإستخدام التيار الكهربائي.
أوضح ليبر: “إن عمل فريقه البحثي هذا يقدّم سقالة مكوّنة من أكثر من 100 جهاز استشعار (64 منها تقوم بمهمة المراقبة) والتي كانت سابقاً ثلاثة أجهزة فقط! وهذا التكامل واسع النطاق من دوائر الإستشعار الإلكترونية الفعّالة يسمح بالتشخيص والمراقبة المستمرة للنشاط الكهربائي داخل الخلايا. وبسبب سرعة إستجابة هذه المجسات الإلكترونية النانوية الدقيقة فإن التشخيص والمراقبة المستمرة يتميزان بدقة أكبر ما يجعل أداء هذه السقالة يتفوق وبشكل كبير على طرق التصوير والتشخيص التقليدية.
وضع الباحثون السقالة أثناء الإختبارات في طبق لزراعة الخلايا يحتوي على خلايا بطينية قلبية مأخوذة من الفئران. وعلى مدار ثمانية أيام كان بإمكان دوائر الإستشعار الالكترونية على السقالة مراقبة النشاط الكهربائي للخلايا! يقول ليبر: “بفضل إمكانيات التشخيص ثلاثي الأبعاد أصبح باستطاعتنا إستخدام الرقاقات الإلكترونية النانوية التي تتخللها الأنسجة القلبية لدراسة بعض المسائل الحرجة التي كان من المستحيل دراستها سابقا كنمو الأنسجة ثلاثي الأبعاد وعدم إنتظام ضربات القلب وفعالية الأدوية. لقد حققنا التشخيص والتحكم المستمر بنشاط الخلايا القلبية عن طريق أجهزة الاستشعار متناهية الصغر بالإضافة إلى أجهزة التحفيز على نفس الرقاقة، ما سمح لنا بالتحكم بذكاء بأنشطة الخلايا القلبية المزروعة مع وجود تغذية راجعة مستمرة من الأنسجة”.
بالرغم من أن تصميم السقالة قد أظهر نسبة خطأ بمقدار 10 بالمئة فقط في المستشعرات المستخدمة خلال فترة أسبوعين، والذي أثار إعجاب الباحثين، إلا أنهم يقرّون أن خيوط السيلكون النانوية (متناهية الصغر) ستتلاشى في النهاية بسبب الذوبان. وللتغلب على ذلك كانت الإسترتيجية البديلة تكمن في إجراء تخميل معدني لخيوط السيلكون النانوية وذلك بتطبيق تغليف رقيق من الأوكسيد المعدني كقشرة حماية تسمح بإعطاء قراءات مستقرة لعدة أشهر.
إن أفضل وصف لهذا العمل هو “بحث إثبات صحة المبدأ”، ومع ذلك فإن هذا الإنجاز سيوفر تأثيراً كبيراً في مجالات الطب التعويضي والعلاج والتشخيص بإستخدام الحلول الالكترونية النانوية. وأضاف ليبر: “إن الخطوات القادمة نحو تطبيق هذه التقنية ستكون التحقق من فعالية قدرة سقالة القلب الذكية من خلال زراعتها وتقييم عملها في حيوانات مختبر مصابة بالإحتشاء القلبي (تلف خلايا القلب الناتج عن نقص الأكسجين).
المراجع
Nano-wires Offer Real Time Monitoring and Control of Heart Tissue
للحصول على محتوى طبي مشابه
للحصول على محتوى طبي لمدونتك الإلكترونية ذو جودة عالية لا تتردد ب الاتصال معنا أو يمكنك شراء خدماتنا من أي مكان حول العالم من خلال زيارة حسابنا على موقع فايفر!
يمكنك أيضا مراسلتنا على البريد الإلكتروني info@medcontx.com
لدعم كتابة أو ترجمة محتوى مشابه
لدعم كتابة أو ترجمة محتوى مشابه وإضافة إسمك كراعي على المقال لا تتردد ب الاتصال معنا اليوم! دعمك هو دعم للغة العربية ودعم لكتاب شباب ودعم للقراء بمحتوى موثوق وعالي الجودة! تكلفة رعاية المقال المترجم تبدأ ب خمسة دولارات فقط!
لتعلم كتابة محتوى طبي تقني عالي الجودة باللغة العربية
لتعلم كتابة محتوى طبي تقني عالي الجودة باللغة العربية والإضطلاع على مواد تدريب وتأهيل لتصبح(ي) كاتب(ة) طبي(ة)، بادر(ي) بالتسجيل اليوم في الموقع والمشاركة في وتصفح منتدى “كتابة محتوى طبي باللغة العربية” على الرابط التالي (منتدى ميدكونتكس)