تطبيقات تقنية النانو في الطب و البيولوجيا

عضو جديد

[b]اعداد:

الدكتور ماهر أحمد خميس

اختصاصي في جراحة الوجه و الفكين
maher_khamis@hotmail.com

تطبيقات تقنية النانو في الطب و البيولوجيا
Applications of nanotechnology
in medicine and biology

مقدمة:

مع تساؤل الإنسان .. هل بإمكانه التحكم بالذرة الواحدة .. و رسم أشكال ذرية و تحريكها بسهولة و حيوية ؟؟! هذا ما تنبأ به العلماء و لعل أهمهم هو فينمان الذي توقع عام 1959 عن إمكانية بناء أدوات نانوية الحجم.

و حقا بدأت معالم عالم النانو تتكشف , و تقنية النانو تعتبر بمثابة الجيل الخامس من عالم الإلكترونيات و التقنية , فبدأ الجيل الأول بالمصباح الإلكتروني , و الجيل الثاني مع الترانزستور , و الثالث مع الدارات التكاملية , و الجيل الرابع مع استخدام المعالجات الصغيرة .. و اخيرًا تقنية النانو و العجيب انه تم وضع مبالغ هائلة لأبحاث تقنية النانو. ففي الولايات المتحدة الأمريكية تم اطلاق المبادرة الوطنية لتقنية النانو NNI التي أعلن عنها الرئيس بيل كلينتون عام 2000 وتم اعتماد ميزانية تقدر 422 مليون دولار في السنة المالية 2000-2001 و زيادة 23% في السنة التالية , و يتوقع أن تصل إلى ترليون دولار مع عام 2015 و هنالك حوالي 40.000 عالم أمريكي لديهم القدرة على العمل في هذا المجال , أما التمويل في بقية الدول فقد وصل من 216 مليون دولار عام 1997 إلى 835 مليون دولار عام 2001 و قد وصل تمويل اليابان لوحدها حوالي بليون دولار.

فما هي تقنية النانو التي يهتم بها العالم حاليًا ؟ و تعتبر تقنية المستقبل ؟

مبادئ أولية:

النانومتر هو بادئة تدل على جزء من بليون جزء من المتر و تقدر ب (10^-9) و تتعامل تقنية النانو مع الأطوال وفق السلم الصغير , فالنانو أصغر بحوالي 80.000 مرة من قطر الشعرة و تتعامل تقنية النانو مع

المواد المتناهية في الصغر في أرض مائعة غريبة بين عالم الذرات المتفردة و الجزيئات (حيث يحكم عالم الميكانيك الكمومي) و العالم الماكروي (حيث تنبثق الخواص الشاملة للمواد و السلوك الجماعي لترليونات الذرات و يحكم الميكانيك التقليدي)

و الفكرة في استخدام البنى النانوية هي انها قد تعطي خواص كهربائية أو كيميائية أو ميكانيكية أو ضوئية فائقة , فنظريًا على الأقل و إذا ما تماسكت تقنية النانو فإنها تستطيع في الواقع إرساء قواعد ثورة صناعية جديدة.

كيف تتحقق تقنية النانو:

يجب أن يتم تحقيق ثلاث خطوات لإنتاج بضائع بتقنية النانو:

1- يجب على العلماء أن يكونوا قادرين على معالجة الذرات المفردة.

2- تطوير آلات نانوية مجهرية تدعى: "المجمعات assemblers" يمكن أن تبرمج لمعالجة الذرات و الجزيئات عند الرغبة.

3- القدرة على خلق مجمعات كافية لبناء سلم استهلاكية نانوية و تسمى تلك الآلات: "المستنسخات replicators" و تبرمج لبناء مجمعات أكثر و يجب أن تعمل المجمعات و المستنسخات يدًا بيد لبناء منتجات بشكل آلي.

و يتم التصنيع بواسطة طريقتين : الصعودية (buttom- up) و النزولية (top- down) و حاليًا تقنيات أعقد من ذلك ..

مدخل إلى تقنية النانو في الطب و البيولوجيا:

من منا لم يشاهد البرنامج الكرتوني (كان يا ما كان الحياة) و ذلك التجسيد لعناصر الجسم من خلال شخصيات حقيقية , فلو أننا استطعنا حقًا بناء آلات صغيرة جدا قادرة على التجوال داخل الجسم و السريان داخل المجرى الدموي من اجل تفجير جلطة دموية في دماغ المريض أو تدمير خلية سرطانية حديثة النشوء أو بناء خلايا جديدة ترميمية بدل التافلة , كل ذلك يعتبر حاليًا ضربًا من الخيال العلمي و لكن هذا ما تحاول حاليًا تقنية النانو تحويله إلى حقيقة من خلال صنع روبوتات نانوية يمكن التحكم بها و توجيهها من أجل العمل داخل الجسم من تدمير أو ترميم و إرسال الدواء و حمل المواد المحرضة على النمو .. و غيرها من الأعمال التي تقوم به الروبوتات في عالمنا المرئي ... و لعل أكثر ما يمكن إطلاقه على بعض أعمال هذه الروبوتات النانوية (الجراحة الخلوية على المادة الحية)من خلال اللعب بالأنظمة الخلوية الداخلية و استئصال بعض أجزائها و حقن مواد معينة و توجيه DNA و ترميمه و قطعه و إعادة ربطه إلى غير ذلك من الأجزاء الجراحية الخلوية.

هل تحتوي الطبيعة على تقنية النانو؟

إن الخلية بنية ذاتية التنسخ تأخذ جزيئات من بيئتها فتعالج بعضًا منها لتكون وقودًا .. و تفكك البعض الآخر إلى قطع تستعمل في بناء و صيانة و تحريك و حماية ذاتها و إن DNA يختزن المعلومات المطلوبة للتصنيع و التشغيل من جيل إلى الجيل الذي يليه و يفيد RNAm كمخطوطة مؤقتة لهذه المعلومات تخبر الريبوزومات ما يجب عليها تصنيعه و تتضمن الخلايا ماكينات جزئية تبدو مشابهة للماكينات المألوفة فالمحرك الدوار في غشاء الجراثيم يدير نصلاً يشبه ظاهريًا محركًا كهربائيًا و كذكلك نظام (RNA – رايبوزوم) و نجد عند بعض الجراثيم الأذيال و السياط التي تحركها محركات نانوية تسهل تنقلها و كذلك تملك بعض الجراثيم خاصية مغناطيسية فهي تعيش على مستوى معين في الماء و تزدهر فيه و إذا انجرفت بعيدًا عن العمق المناسب فإنها تعود أدراجها و ذلك لأنها تمتلك بداخلها سلسلة من عشرين بلورة مغناطيسية قطر كل واحدة منها يتراوح بين 35-120 نانومتر و تؤلف البلورات بمجموعها بوصلة مصغرة و من خلاله تتبع الجرثومة خطوة الحقل المغناطيسي صعودًا أو نزولاً إلى غايتها المنشودة و تمثل هذه البوصلة رائعة من روائع الهندسة الطبيعية النانوية .

التطبيقات العملية :

تبشر البحوث الجديدة بأدوات بحثية و وسائل تشخيصية أفضل من سابقتها من خلال استخدام التقنية النانوية

علاج الأمراض و توصيل الدواء:

يمكن تعبئة عقاقير في كبسولات نانوية تتحكم في تحرير تلك الأدوية داخل الجسم بطرق متطورة , ..... و مما يثير للإنتباه مصطلح القذائف النانوية Nanoshells و هي عبارة عن خرزات صغيرة جدًا من الزجاج مغلفة بالذهب و يمكن تصميمها لتمتص أيًا كان من الأطوال الموجية الضوئية و لكن القذائف النانوية التي تقتنص الطاقة في المجال الموجي القريب من الأشعة تحت الحمراء هي هي الأهم لأن هذا الطول الموجي يخترق بسهولة بضعة سنتيمترات من النسيج. لذا يمكن تفعيل القذائف النانوية المحقونة داخل الجسم من الخارج باستخدام مصدر قوي للأشعة تحت الحمراء. و يمكن جعل هذه القذائف أن تقوم بتوصيل جزيئات العقار في أوقات معينة عن طريق ربطها بكبسولة مصنوعة من بوليمير حساس للحرارة و لا تطلق الكبسولات محتوياتها إلا حين يؤدي التسخين اللطيف للقذيفة النانوية المرتبطة إلى تشويه شكلها و من أمثلة ذلك الثورة الجديدة للتصدي للجراثيم عن طريق Nanobiotics و هي البديل الجديد ل(Antibiotic) المضادات الحيوية.

فالنانوبيوتكس هو ببتيد حلقي ذاتي التجمع و صناعي و يتجمع على هيئة أنابيب نانوية أو دبابيس نانوية تدخل داخل الجدار الهلامي للبكتريا و تقوم بثقب الغشاء الخليوي و تعمل مجموعات الأنابيب المتجاورة على فتح مسام أكبر في جدار الخلية الجرثومية و خلال دقائق معدودة تموت الخلية الجرثومية نتيجة لتشتيت الجهد الكهربائي الخارجي لغشائها و هذا ما ينهي حياة الخلية عمليا و قد أظهرت هذه التقنية نجاحًا ملحوظًا في القضاء على الجراثيم العنقودية الذهبية المعندة و العصيات الزرق و غيرها .. و يتوقع استخدام هذه التقنية في علاج الفطريات و إن مبدأ عمل النانو بيوتكس يختلف تماما عن طريقة عمل المضادات الحيوية و المطهرات و بذلك يصعب على هذه الجراثيم أن تطور مناعة ذاتية أو مقاومة.

علاج السرطان:

تتملك تقنية النانو إمكانية عرض حلول للعوائق الحالية من معالجة السرطان و ذلك بسبب حجمها الفريد و سطحها الكبير بالنسبة للحجم حيث يمكن إطلاق كبسولات نانوية أو قذائف نانوية نوعية للخلايا السرطانية دون أذية من النسج السليمة عن طريق تفعيلها بطرق مختلفة ..فتم في عام 2006 تصنيع جزيئات نانوية موجهة لمعالجة سرطان البروتوستات. التي تزود بفعالية عالية لاستهداف الخلايا السرطانية و إنقاص حجم الورم حوالي 200 ملم إلى 120 ملم كما تملك الطريقة تلك القليل من التأثيرات الجانبية على الخلايا السليمة ضمن الجسم بالمقارنة مع الطرق الحالية من المعالجة الكيميائية.

و تم أيضًا في عام 2006 تطوير جزيئات نانوية (PEO-PbAE) و ربطها بدواء Paxlitaxel من أجل استخدامها في علاج السرطان الغدي في المبايض مما أعطى أهمية كبيرة في تمرير العقار بسمية منخفضة و إنقاص معدل بالمقارنة مع Paxlitaxel في المحلول المائي .

و تتم الآن العديد من المشاريع من أجل التغلب على التحديات في الحفاظ على دوران الأدوية و تجنب التأثر بالتراكيب الكيميائية و النقصان في استهداف العوامل العلاجية للجهاز المناعي في الجسم.

التشخيص الحيوي و الطبي:

و بشكل مشابه لبلورات المغناطيس في الجراثيم يتم محاولة استعمال جسيمات نانوية مغناطيسية للكشف عن كينونات بيولوجية معينة مثل الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض و تحتاج إلى أضداد Antibodies مناسبة مرتبط بمستهدفات نوعية وتلصق الجسيمات المغناطيسية كراسمات بجزيئات ضدية منقاة ويتم اكتشاف إذا ما كانت الأضداد ارتبطت بمستهدفاتها أم لا ، حيث يطبق الباحث حقلا ً مغناطيسيا ً قويا ً ثم تفحص العينة بأداة حساسة قادرة على استكشاف الحقول المغناطيسية الضعيفة.

فالأضداد الموسومة التي لم تلتحم بالعينة تتشتت بسرعة في المحلول من دون إطلاق أي إشارة مغناطيسية و لكن الأجزاء التي ارتبطت ...فإنها تصبح عاجزة عن الدوران و يولد مجموع علاماتها حقلاً مغناطيسيًا يسهل الكشف عنه.

ويتم أيضًا باستخدام طريقة الكبسولات النانوية الكشف عن الأورام السرطانية التي لا يتجاوز حجمها عدد قليل من الخلايا من خلال الارتباط بها و رصدها بطرق إشعاعية أو مغناطيسية.

الصناعة و المواد الطبية:

يتم من خلال تقنية النانو تطوير المجهر الدقيق جدا و هو (مجهر القوة الذرية) الذي يملك حساسات نانوية لسبر و دراسة عينات لا يتجاوز حجمها نانومترات قليلة و هي طريقة عالية الجودة في التحري عن الجزيئات البيولوجيةالمعقدة و تفاعلاتها عند مستوياتها الدنيا و في دراسة المتتاليات الجينية في DNA .

كما تحسن التقنية النانوية من تصنيع المواد الصبغية البديلة للجسم كالمفاصل الاصطناعية و الزرعات السنية من خلال تغليف المنتج بجسيمات نانوية ذات تماسك مع العظيم المحيط و بشكل أكبر من المعتاد و بذلك يتم تفادي التخلخل لاحقًا كما أنها أكثر قبولاً حيويًا. كما أن التطور في الهندسة النانوية الحيوية تسعي إلى تطوير مركب الهيدروكسي أباتيت من أجل التعويض العظمي و اصلاح النقص و التشوهات العظمية.

طب الأسنان:

يتم الآن تصنيع حشوات سنية تعتمد على تقنية النانو و تم طرح أجيالها الاولى في الأسواق و تسعى هذه الحشوات إلى أن تكون أكثر متانة و شفافية و مقاربة للنسيج الطبيعي كما يتم تحسين الطبقات السنية الخارجية و وقايتها من النخر عن طريق تعديل طبقة الميناء بالياقوت و الماس الصافي الذي سيعطي مقاومة أكبر للكسر و النخر .

كما يتوقع أن تقوم الروبوتات النانوية بدور المخدر السني عن طريق وضعها على اللثة و من ثم تنطلق إلى العصب السني لتعطى الأوامر يقطع كل أشكال الحس من السن و عند انتهاء المعالجة تعطى أوامر معاكسة لهذه الروبوتات بإعادة الحس الطبيعي للسن.

و كذلك يمكن لروبوتات نانوية أن تعالج النسج حول السنية ما يؤدي إلى تعديل سريع و غير مؤلم للأسنان من أجل تقصير عمر المعالجة التقويمية و غيرها من التطبيقات الواسعة.

التحديات التي تواجه مستقبل تقنية النانو في الطب:

لا تزال الغالبية العظمى من تطبيقات تقنية النانو في طور الخيال العلمي أو التجريبي و بحاجة لجهود جبارة للدفع بها إلى العالم التطبيقي و تكمن أهم الصعوبات في:

1- التصنيع التجاري لمواد التقنية النانوية و العامل الإقتصادي.

2- التوافق الحيوي و مدى فعالية المواد النانوية

3- قضايا اجتماعية مثل القبول العام و الأخلاقيات و القوانين و أمان الإنسان

مستقبل تقنية النانو:

تعتبر تقنية النانو مبشرة في تغيير مفهوم العلاج الطبي و العناية الصحية عن طريق:

1- طرق مبتكرة لتشخيص الأمراض و الوقاية منها

2- الإختيار العلاجي المناسب للعديد من الأمراض

3- تحرير الأدوية النوعي و علاج السرطان و العلاج الوراثي

على الرغم من أن تقنية النانو تعتبر و كأنها خيال علمي إلا أنها واعدة و ستشهد في السنوات القادمة العديد من الأطباء النانويين الذين يعالجون الأمراض و يكشفونها بشكل مباشر من خلال الدخول إلى الجسم البشري... و لعلهم يكونون بديلاً عن الأطباء الحاليين.

مدير

الأخ المحترم kaky
نرحب بكم أولا في هذا المنتدى ونتمنى لك طيب الإقامة معنا
موضوع شيق سمعنا عنه سابقا وقد أطلعتنا الآن على الكثير منه
شكرا لك
دمت بخير