تقنية تنتج أكثر من 100 روبوت طبي مجهري في الدقيقة يمكن أن يتفكك في الجسم – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Technology produces more than 100 medical microrobots per minute that can be disintegrated in the body
(Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIS), South Korea – مقدمة من: معهد دايغو غيونغبوك للعلوم والتقنية بكوريا الجنوبية)

ملخص المقالة:

بهدف الحد الأدنى من العلاج الجراحي الدقيق، تعاونت ثلاث فرق بحثية من معهد دايغو غيونغبوك للعلوم والتقنية الكوري ومستشفى سيول سانت ماري في الجامعة الكاثوليكية في كوريا المعهد الفيدرالي السويسري للتقنية في زيورخ بسويسرا، لتطوير تقنية تنتج أكثر من 100 روبوت مجهري في الدقيقة عن طريق تدفق مزيج من الجسيمات النانوية المغناطيسية وميثاكريلات الجيلاتين، القابل للتحلل البيولوجي ويمكن علاجه عن طريق الضوء، في شريحة موائع مجهرية.

( المقالة )

تعاون فريق البروفيسور هونغسو تشوي من قسم الروبوتات وهندسة الميكاترونكس في معهد دايغو غيونغبوك للعلوم والتقنية مع فريق البروفيسور سونغ وون كيم في مستشفى سيول سانت ماري بالجامعة الكاثوليكية في كوريا، وفريق البروفيسور برادلي ج. نيلسون في المعهد الفيدرالي السويسري للتقنية في زيورخ بسويسرا، لتطوير تقنية تنتج أكثر من 100 روبوت مجهري في الدقيقة ويمكن أن تتفكك في الجسم. وقد نُشرت نتائج الدراسة البحثية الناتجة عن هذا التعاون في 23 يونيو 2022 في المجلة العلمية “صغير” (Small).

ويمكن بطرق مختلفة تصنيع الروبوتات المجهرية التي تهدف إلى الحد الأدنى من العلاج الجراحي الدقيق. ومن بينها، تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد فائقة الدقة التي تسمى طريقة البلمرة ثنائية الفوتون، وهي طريقة تؤدي إلى البلمرة عن طريق تقاطع ليزرين اثنين في الراتنج (resin) الاصطناعي، وهي الطريقة الأكثر استخدامًا.

ويمكن أن تنتج هذه التقنية هيكلا بدقة على مستوى النانومتر. ومع ذلك، هناك عيب يتمثل في أن إنتاج روبوت مجهري واحد يستغرق وقتًا طويلاً لأن فوكسل¹، وحدات البكسل التي تتحقق من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، يجب معالجتها على التوالي. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للجسيمات النانوية المغناطيسية الموجودة في الروبوت أن تسد مسار الضوء أثناء عملية البلمرة ثنائية الفوتون. وقد لا تكون نتيجة هذه العملية موحدة عند استخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية ذات التركيز العالي.

وللتغلب على قيود طريقة تصنيع الروبوتات الدقيقة الحالية، طور فريق بحث البروفيسور هونغسو تشو في معهد دايغو غيونغبوك للعلوم والتقنية طريقة لإنشاء روبوتات مجهرية بسرعة عالية تبلغ 100 روبوت في الدقيقة عن طريق تدفق مزيج من الجسيمات النانوية المغناطيسية وميثاكريلات الجيلاتين، وهو قابل للتحلل البيولوجي ويمكن علاجه عن طريق الضوء، في شريحة موائع مجهرية. وهذا أسرع بأكثر من 10000 مرة من استخدام طريقة البلمرة الحالية ثنائية الفوتون لتصنيع الروبوتات المجهرية.

وبعد ذلك، تمت زراعة الروبوت المجهري الذي تم إنتاجه باستخدام هذه التقنية بخلايا جذعية أنفية (من الأنف) توربينية (على شكل قمع دوار أو مخروط مقلوب) تم جمعها من أنف الإنسان لحث التصاق الخلايا الجذعية بسطح الروبوت المجهري. ومن خلال هذه العملية، تم تصنيع روبوتا مجهريا حاملا خلية جذعية، يحتوي جسيمات نانوية مغناطيسية بالداخل وخلايا جذعية متصلة بالسطح الخارجي. ويتحرك الروبوت عندما تستجيب الجسيمات النانوية المغناطيسية داخل الروبوت إلى مجال مغناطيسي خارجي ويمكن نقلها إلى الموضع المطلوب.

وكان توصيل الخلايا الانتقائية أمرًا صعبًا في حالة العلاج بالخلايا الجذعية الحالي. ومع ذلك، يمكن للربوت المجهري الحامل للخلية الجذعية أن ينتقل إلى الموقع المطلوب عن طريق التحكم في الحقل المغناطيسي المتولد من نظام التحكم في الحقل الكهرومغناطيسي في الوقت الفعلي. وأجرى فريق البحث تجربة لفحص ما إذا كان الروبوت المجهري الحامل للخلية الجذعية يمكن أن يصل إلى النقطة المستهدفة عن طريق المرور عبر قناة صغيرة على شكل متاهة، وبالتالي أكدوا أن الروبوت يمكن أن ينتقل إلى الموقع المطلوب.

وبالإضافة إلى ذلك، تم تقييم قابلية التحلل للروبوت المجهري من خلال احتضان الربوت المجهري الحامل للخلية الجذعية مع الإنزيم المدهور. وبعد 6 ساعات من الحضانة، تم تفكيك الروبوت المجهري تمامًا، وتم جمع الجسيمات النانوية المغناطيسية داخل الروبوت بواسطة الحقل المغناطيسي المتولد من نظام التحكم في الحقل المغناطيسي. وتكاثرت الخلايا الجذعية في المكان الذي تفكك فيه الروبوت المجهري.

وبعد ذلك، تم تحفيز الخلايا الجذعية على التمايز إلى خلايا عصبية لتأكيد التمايز الطبيعي؛ وتم تمييز الخلايا الجذعية إلى خلايا عصبية بعد حوالي 21 يومًا. وأثبتت هذه التجربة أن توصيل الخلايا الجذعية إلى الموقع المطلوب باستخدام روبوت مجهري كان ممكنًا وأن الخلايا الجذعية التي تم تسليمها يمكن أن تعمل كعامل علاجي دقيق مستهدف من خلال إظهار التكاثر والتمايز.

وعلاوة على ذلك، أكد فريق البحث ما إذا كانت الخلايا الجذعية التي ينقلها الروبوت المجهري تظهر خصائص كهربائية وفسيولوجية طبيعية. والهدف النهائي من هذه الدراسة هو التأكد من أن الخلايا الجذعية التي ينقلها الروبوت تؤدي دورها التجسيري في حالة يتم فيها قطع الاتصال بين الخلايا العصبية الموجودة. ولتأكيد ذلك، تم استخدام الخلايا العصبية الحُصَينية² المستخرجة من جنين الفأر التي تنبعث منها إشارات كهربائية بشكل ثابت. وتم إرفاق (الصاق) الخلية المقابلة بسطح الروبوت المجهري، وتم تربيتها على شريحة قطب كهربائي مجهرية الحجم، ولوحظت إشارات كهربائية من الخلايا العصبية في الحُصين بعد 28 يومًا. ومن خلال هذا، تم التحقق من أداء الروبوت المجهري دوره بشكل صحيح كمنصة تسليم للخلية.

وقال أستاذ معهد دايغو غيونغبوك للعلوم والتقنية البروفيسور هونغسو: “نتوقع أن التقنيات التي تم تطويرها من خلال هذه الدراسة، مثل الإنتاج الضخم للروبوتات المجهرية، والتشغيل الدقيق بواسطة الحقول الكهرومغناطيسية، وتسليم الخلايا الجذعية وتمايزها، ستزيد بشكل كبير من كفاءة العلاج الدقيق المستهدف في المستقبل”.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2022-09-technology-medical-microrobots-minute-disintegrated.html

لمزيد من المعلومات: سيونغمين نوه وآخرون، A Biodegradable Magnetic Microrobot Based on Gelatin Methacrylate for Precise Delivery of Stem Cells with Mass Production Capability, Small(2022).  DOI: 10.1002/smll.202107888

الهوامش:

1. في رسومات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد، يمثل فوكسل (voxel) قيمة على شبكة منتظمة في فضاء ثلاثي الأبعاد. وكما هو الحال مع وحدات البكسل في الصورة النقطية ثنائية الأبعاد، فإن وحدات البكسل نفسها لا يكون لها موقعها (أي الإحداثيات) بشكل صريح مع قيمها. بدلاً من ذلك، تستنتج أنظمة التقديم موقع فوكسل بناءً على موقعه بالنسبة إلى وحدات البكسل الأخرى (أي موقعه في بنية البيانات التي تشكل صورة حجمية واحدة). ويكيبيديا
2. تلعب الخلايا العصبية في الحُصين (الخلايا العصبية الحصينية) دورًا رئيسيًا في عمل الدماغ البشري. ويمتلك البشر والثدييات الأخرى حُصينا واحدا في كل جانب من الدماغ. وينتمي الحصين إلى الجهاز الحوفي ويلعب دورًا مهمًا في توحيد المعلومات من الذاكرة القصيرة إلى الذاكرة طويلة المدى، ويتيح التنقل عبر الذاكرة المكانية. ويمكن رؤية الحصين على أنه سلسلة من أنسجة المادة الرمادية، ترتفع من أرضية كل بطين جانبي في منطقة القرن السفلي أو الصدغي. وتتقلص القشرة من ست طبقات إلى الطبقات الثلاث أو الأربع التي تشكل الحُصين. ويستخدم مصطلح تكوين الحُصين للإشارة إلى الحُصين السليم والأجزاء المرتبطة به. ويتشابه التخطيط العصبي والمسارات داخل تكوين الحصين إلى حد كبير في جميع الثدييات. المصدر: https://bioscience.lonza.com/lonza_bs/US/en/the-structure-function-and-research-application-of-the-hippocampus