"أزهار الحمض النووي".. روبوتات مجهرية قادرة على إيصال الأدوية المستهدفة داخل الجسم

طور علماء في جامعة نورث كارولينا روبوتات دقيقة ناعمة على شكل أزهار يمكنها تغيير شكلها وسلوكها استجابة لمحيطها، تماما كما تفعل الكائنات الحية.

وتتكون "أزهار الحمض النووي" هذه، المتناهية الصغر، من بلورات خاصة ناتجة عن مزج الحمض النووي مع مواد غير عضوية. ويمكنها الطي والانفتاح بشكل عكسي في غضون ثوان، ما يجعلها واحدة من أكثر المواد ديناميكية التي جرى تطويرها على هذا النطاق الصغير.

ويعمل الحمض النووي لكل زهرة بمثابة برنامج حاسوبي دقيق، يخبرها كيف تتحرك وتستجيب للعالم المحيط. وعند تغير الظروف البيئية، مثل ارتفاع أو انخفاض مستوى الحموضة، يمكن للزهرة أن تفتح أو تغلق أو تحفز تفاعلا كيميائيا. وهذا يعني أن هذه الروبوتات القائمة على الحمض النووي يمكنها يوما ما أداء المهام بشكل ذاتي، بدءا من إيصال الأدوية ووصولا إلى تنظيف التلوث.

ويوضح الدكتور رونيت فريمان، الباحث الرئيسي والمشرف على الدراسة ومدير معمل "فريمان" في الجامعة: "يأمل الناس في الحصول على كبسولات ذكية تفعل الدواء تلقائيا عند اكتشاف المرض وتتوقف عند الشفاء. من حيث المبدأ، يمكن تحقيق ذلك باستخدام موادنا القابلة لتغيير الشكل".

ويضيف: "في المستقبل، يمكن تصميم أزهار قابلة للبلع أو الزرع لتوصيل جرعة دواء مستهدفة، أو إجراء خزعة، أو تنظيف جلطة دموية".

واستلهم العلماء الفكرة من عمليات طبيعية مثل تفتح بتلات الأزهار وحركات الشعب المرجانية وتكون الأنسجة في الكائنات الحية. حيث سعى الفريق إلى محاكاة هذه السلوكيات المعقدة في مواد اصطناعية.

ويوضح الدكتور فريمان: "نستوحي تصاميم من الطبيعة، مثل الأزهار المتفتحة أو الأنسجة النامية، ونحولها إلى تقنيات قد تفكر وتتحرك وتتكيف ذاتيا في المستقبل".

ويكمن سر نجاحهم في طريقة ترتيب الحمض النووي داخل البلورات ذات الشكل الزهري. وعندما تزداد حموضة البيئة المحيطة، تنطوي أجزاء من الحمض النووي على نفسها بإحكام، ما يؤدي إلى انغلاق الزهرة. وعندما تعود الظروف إلى طبيعتها، يتراخى الحمض النووي وتفتح البتلات مرة أخرى. ويمكن استخدام هذه الحركة البسيطة والفعالة للتحكم في التفاعلات الكيميائية، أو حمل الجزيئات وإطلاقها، أو التفاعل مع الخلايا والأنسجة.

ورغم أن هذه التكنولوجيا ما تزال في مراحل الاختبار الأولى، إلا أن الفريق يتصور استخدامات مستقبلية مثيرة، مثل حقن أزهار الحمض النووي هذه في الجسم، حيث تنتقل إلى موقع ورم معين، وهناك، قد تسبب حموضة الورم انغلاق البتلات، ما يؤدي إلى إطلاق الدواء أو أخذ عينة نسيج دقيقة. وعندما يزول الورم، تعيد الأزهار الانفتاح وتتوقف عن العمل، مستعدة للاستجابة مرة أخرى إذا عاد المرض.

ويمكن استخدام هذه المواد الذكية لمعالجة الكوارث البيئية، حيث تطلق مواد تنظيف في المياه الملوثة، ثم تتحلل بشكل غير ضار بعد انتهاء مهمتها. كما يمكنها حتى تخزين كميات هائلة من المعلومات الرقمية، تصل إلى تريليوني غيغابايت في ملعقة صغيرة فقط، ما يوفر طريقة أكثر استدامة وكفاءة لتخزين البيانات وقراءتها وكتابتها في المستقبل.

ويمثل هذا الإنجاز خطوة كبيرة نحو تطوير مواد يمكنها استشعار محيطها والاستجابة له، ما يسد الفجوة بين الأنظمة الحية والآلات.

المصدر: interesting engineering