القنوات النانوية تضيء الطريق نحو الطب الجديد

(أخبار نانويرك): لتطوير العقاقير واللقاحات الجديدة ، فإن المعرفة حول أصغر اللبنات البيولوجية في الطبيعة – الجزيئات الحيوية مطلب أساسي. قدم الباحثون في جامعة تشالمرز للتكنولوجيا بالسويد تقنية الفحص المجهري الرائدة التي تسمح بدراسة البروتينات والحمض النووي والجزيئات البيولوجية الدقيقة الأخرى في حالتها الطبيعية بطريقة جديدة تمامًا، وهو البحث المنشور في دورية “Nature Methods” بعنوان: (“مجهر نثر الموائع النانوية الخالي من الملصقات من حيث الحجم والكتلة للجزيئات والجسيمات النانوية المنتشرة والمنفردة)*.

لتطوير الأدوية واللقاحات يلزم قدر كبير من الوقت والمال. لذلك من الأهمية بمكان أن تكون قادرًا على تبسيط العمل من خلال دراسة كيفية، على سبيل المثال، كيف تتصرف البروتينات الفردية وتتفاعل مع بعضها البعض. يمكن لطريقة الفحص المجهري الجديدة من تشالمرز أن تمكّن من العثور على المرشحين المستهدفين في المرحلة المبكرة. تتمتع هذه التقنية أيضًا بإمكانية استخدامها في إجراء البحوث في الطريقة التي تتواصل بها الخلايا مع بعضها البعض عن طريق إفراز الجزيئات والجسيمات النانوية البيولوجية الأخرى حيث تلعب هذه العمليات دورًا مهمًا في استجاباتنا المناعية، على سبيل المثال.

الكشف عن التوقيع البصري

الجزيئات الحيوية تكون صغيرة ومراوغة، ولكنها حيوية لأنها اللبنات الأساسية لكل كائن حي. من أجل الكشف عن أسرارها باستخدام المجهر الضوئي، يحتاج الباحثون حاليًا إما إلى وضع علامة عليها بعلامة الفلورسنت أو إرفاقها بسطح.

يقول قائد البحث كريستوف لانغهامر، الأستاذ في قسم الفيزياء في تشالمرز الذي طور الطريقة الجديدة مع الباحثين في الفيزياء والبيولوجيا في تشالمرز وجامعة جوتنبرج: “باستخدام الطرق الحالية، لا يمكنك أبدًا التأكد تمامًا من أن الوسم أو السطح الذي يرتبط به الجزيء لا يؤثر على خصائص الجزيء. بمساعدة تقنيتنا، التي لا تتطلب أي شيء من هذا القبيل، تظهر الصورة الظلية الطبيعية تمامًا، أو التوقيع البصري، مما يعني أنه يمكننا تحليل الجزيء كما هو”.

تعتمد طريقة الفحص المجهري الفريدة على تلك الجزيئات أو الجزيئات التي يرغب الباحثون في دراستها عند غسلها عبر شريحة تحتوي على أنابيب صغيرة بحجم النانو، تُعرف باسم القنوات النانوية. يضاف فيها سائل الاختبار إلى الرقاقة التي تضيء بعد ذلك بضوء ظاهر. وعند التفاعل الذي يحدث بعد ذلك بين الضوء والجزيء والقنوات الصغيرة المملوءة بالسائل يجعل الجزيء بالداخل يظهر كظل داكن يمكن رؤيته على الشاشة المتصلة بالمجهر. من خلال دراسته، لا يستطيع الباحثون رؤية كتلة الجزيء الحيوي وحجمه فحسب، بل أيضًا تحديده، والحصول على معلومات غير مباشرة عن شكله – وهو أمر لم يكن ممكنًا من قبل باستخدام التقنيات السابقة.

الابتكار المحرز

تم تقديم التقنية الجديدة وهي الفحص المجهري للمائع النانوي، مؤخرًا في الدورية العلمية “Nature Methods”. لقد أشادت الأكاديمية الملكية السويدية للعلوم الهندسية، التي تصدر قائمة سنوية ه عدد من المشاريع البحثية التي لديها القدرة على تغيير العالم وتقديم فوائد حقيقية حيث وصفت اﻷكاديمية هذه التقنية “بالتقدم المحرز”. وقد اتخذ هذا الابتكار أيضًا خطوة في المجتمع من خلال الشركة الناشئة “Envue Technologies”، التي حصلت على جائزة “Game Changer” في مسابقة Venture Cup لهذا العام في غرب السويد.

تقول الباحثة باربورا أباكوفا، التي استخلصت خلال فترة وجودها في تشالمرز الأساس النظري للتقنية الجديدة ثم كانت أيضًا مسؤولة عن تنفيذ الطريقة:” تجعل طريقتنا العمل أكثر فاعلية، على سبيل المثال عندما تحتاج إلى دراسة محتويات عينة، ولكن لا تعرف مسبقًا ما تحتويه وبالتالي ما الذي يجب وضع العلامة عليه “.

يواصل الباحثون الآن تحسين تصميم القنوات النانوية من أجل العثور على جزيئات مرئية وجزيئات أصغر غير مرئية حتى الآن.

ويضيف لانغامر:”أن الهدف هو زيادة صقل طريقتنا بحيث يمكن أن يساعد في زيادة فهمنا الأساسي لكيفية دورة الحياة، والمساهمة في تطوير الجيل التالي من الأدوية الأكثر كفاءة “.

طريقة الفحص المجهري الجديدة توضع الجزيئات الحيوية التي يريد الباحثون دراستها في شريحة تتكون من قنوات نانوية صغيرة الحجم. يضاف سائل الاختبار إلى الشريحة المثبتة في مجهر المجال المظلم البصري ويضيء بالضوء الظاهر. يظهر الجزيء كظل غامق يتحرك بحرية داخل القناة على شاشة متصلة بالمجهر حيث يتناسب ظلام الظل مع كتلة الجزيء. وهي نتيجة لتداخل وتفاعل الضوء مع القناة النانوية والجزيء.

كيف تعمل هذه التقنية

توضع الجزيئات أو الجزيئات التي يريد الباحثون دراستها في شريحة تحتوي على أنابيب صغيرة بحجم النانوتسمى قنوات نانوية، مملوءة بسائل الاختبار.

الشريحة مؤمنة بشكل خاص بمجهر ذات المجال البصري المظلم ومضاء بالضوء الظاهر.

على الشاشة التي تُظهر ما يمكن رؤيته في المجهر، يظهر الجزيء كظل داكن يتحرك بحرية داخل القناة النانوية. هذا يرجع إلى حقيقة أن الضوء يتفاعل مع كل من القناة والجزيء الحيوي. تأثير التداخل الذي ينشأ بعد ذلك يعزز بشكل كبير التوقيع البصري للجزيء عن طريق إضعاف الضوء فقط عند النقطة التي يوجد فيها الجزيء.

كلما كانت القناة النانوية أصغر، زاد تأثير التضخيم وصغرت حجم الجزيئات التي يمكن رؤيتها.

باستخدام هذه التقنية، من الممكن حاليًا تحليل الجزيئات الحيوية من وزن جزيئي يبلغ حوالي 60 كيلودالتون وما فوق. من الممكن أيضًا دراسة الجسيمات البيولوجية الأكبر حجمًا، مثل الحويصلات خارج الخلية والبروتينات الدهنية، وكذلك الجسيمات النانوية غير العضوية.

المصدر: جامعة تشالمرز للتكنولوجيا – الترجمة: موقع نادي النانو

رابط المقال اﻷصلي: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=60875.php

الهوامش:

*Label-free nanofluidic scattering microscopy of size and mass of single diffusing molecules and nanoparticles