أسرع بـ 10،000 مرة: اختراق جديد يمكن أن يغير مجال الروبوتات الدقيقة الطبية
طور العلماء طريقة الإنتاج الضخم للروبوتات الدقيقة القابلة للتحلل الحيوي والتي يمكن أن تذوب في الجسم بعد توصيل الخلايا والأدوية.
من أجل إنشاء تقنية يمكنها إنتاج أكثر من 100 روبوت صغير في الدقيقة يمكن تفكيكها في الجسم، عمل فريق البروفيسور هونغسو تشوي في قسم الروبوتات وهندسة الميكاترونكس في معهد دايجو جيونجبوك للعلوم والتكنولوجيا (DGIST) مع الأستاذ. فريق Sung-Won Kim في مستشفى سيول سانت ماري، الجامعة الكاثوليكية في كوريا، وفريق البروفيسور برادلي ج.نلسون في ETH زيرخ .
هناك العديد من الأساليب لبناء الروبوتات الدقيقة بهدف المعالجة الدقيقة المستهدفة بأقل قدر من التدخل الجراحي. أكثرها شيوعًا هي عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد فائقة الدقة والمعروفة باسم طريقة البلمرة ثنائية الفوتون، والتي تؤدي إلى البلمرة في الراتينج الاصطناعي عن طريق تقاطع ليزرين.
هذه التقنية لديها القدرة على إنشاء هياكل بدقة نانومترية . العيب هو أن إنشاء microrobot واحد يستغرق وقتًا طويلاً نظرًا لأن وحدات البكسل التي تتحقق من خلال الطباعة ثلاثية الأبعاد، يجب معالجتها على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، أثناء عملية البلمرة ثنائية الفوتون، قد تمنع الجسيمات النانوية المغناطيسية في الروبوت مسار الضوء. عند استخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية عالية التركيز، قد لا تكون نتيجة العملية موحدة.
عملية 24 ساعة من الخلايا الجذعية التي تلتصق بسطح الروبوت الميكروي (أعلى) ونتائج تلطيخ الخلية لتحديد الخلايا المرتبطة بسطح الروبوت الميكروي (أسفل). الائتمان: DGIST (معهد دايجو جيونجبوك للعلوم والتكنولوجيا)
لمعالجة قيود تقنية إنتاج الروبوتات الدقيقة الحالية، ابتكر فريق بحث DGIST الأستاذ Hongsoo Choi طريقة لإنشاء روبوتات دقيقة بسرعة عالية تبلغ 100 في الدقيقة عن طريق تدفق مزيج من الجسيمات النانوية المغناطيسية وميثاكريلات الجيلاتين القابلة للتحلل الحيوي، والتي يمكن معالجتها بالضوء، على شريحة ميكروفلويديك. مقارنةً بنهج البلمرة ثنائي الفوتون الحالي، يمكن أن ينتج عن ذلك روبوتات دقيقة أسرع بأكثر من 10000 مرة.
بعد ذلك، تمت زراعة الروبوت الميكروي الذي تم إنتاجه باستخدام هذه التقنية باستخدام خلايا جذعية من الأنف البشري تم جمعها من أنف الإنسان للحث على التصاق الخلايا الجذعية بسطح الروبوت الميكروي. من خلال هذه العملية، تم تصنيع خلية جذعية تحمل روبوتًا صغيرًا، بما في ذلك جزيئات نانوية مغناطيسية بالداخل وخلايا جذعية متصلة بالسطح الخارجي. يتحرك الروبوت عندما تستجيب الجسيمات النانوية المغناطيسية داخل الروبوت إلى مجال مغناطيسي خارجي ويمكن نقلها إلى الموضع المطلوب.
كان توصيل الخلايا الانتقائية أمرًا صعبًا في حالة العلاج بالخلايا الجذعية الحالي. ومع ذلك، يمكن للخلية الجذعية التي تحمل microrobot أن تنتقل إلى الموقع المطلوب من خلال التحكم في المجال المغناطيسي المتولد من نظام التحكم في المجال الكهرومغناطيسي في الوقت الفعلي. أجرى فريق البحث تجربة لفحص ما إذا كان الروبوت الميكروي الحامل للخلايا الجذعية يمكن أن يصل إلى النقطة المستهدفة عن طريق المرور عبر قناة صغيرة على شكل متاهة، وبالتالي أكد أن الروبوت يمكن أن ينتقل إلى الموقع المطلوب.
بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم قابلية التحلل للروبوت الميكروي من خلال احتضان الخلية الجذعية الحاملة للروبوت مع إنزيم مهين. بعد 6 ساعات من الحضانة، تم تفكيك الروبوت الصغير تمامًا، وتم جمع الجسيمات النانوية المغناطيسية داخل الروبوت بواسطة المجال المغناطيسي المتولد من نظام التحكم في المجال المغناطيسي. تكاثرت الخلايا الجذعية في الموقع الذي تفكك فيه الروبوت الميكروي. بعد ذلك، تم تحفيز الخلايا الجذعية على التمايز إلى خلايا عصبية لتأكيد التمايز الطبيعي؛ تم تفريق الخلايا الجذعية إلى خلايا عصبية بعد حوالي 21 يومًا. أثبتت هذه التجربة أن توصيل الخلايا الجذعية إلى الموقع المطلوب باستخدام روبوت دقيق كان ممكنًا وأن الخلايا الجذعية التي تم تسليمها يمكن أن تعمل كعامل علاجي دقيق مستهدف من خلال إظهار التكاثر والتمايز.
علاوة على ذلك، أكد فريق البحث ما إذا كانت الخلايا الجذعية التي ينقلها الروبوت الصغير تظهر خصائص كهربائية وفسيولوجية طبيعية. الهدف النهائي من هذه الدراسة هو التأكد من أن الخلايا الجذعية التي ينقلها الروبوت تؤدي دورها الجسر في الحالة التي يتم فيها قطع الاتصال بين الخلايا العصبية الموجودة. لتأكيد ذلك، تم استخدام الخلايا العصبية الحُصَينية المستخرجة من أجنة الفئران التي تنبعث منها إشارات كهربائية بشكل ثابت. تم إرفاق الخلية المقابلة بسطح الروبوت الميكروي، وتم تربيته على شريحة قطب كهربائي صغيرة الحجم، ولوحظت إشارات كهربائية من الخلايا العصبية في الحُصين بعد 28 يومًا. من خلال هذا، تم التحقق من microrobot لأداء دوره بشكل صحيح كمنصة تسليم الخلية.
قال أستاذ DGIST Hongsoo Choi: “نتوقع أن التقنيات التي تم تطويرها من خلال هذه الدراسة، مثل الإنتاج الضخم للروبوتات الدقيقة، والتشغيل الدقيق بواسطة المجالات الكهرومغناطيسية، وتسليم الخلايا الجذعية وتمايزها، ستزيد بشكل كبير من كفاءة العلاج الدقيق المستهدف في المستقبل. “
المصدر: scitechdaily
شاهد المزيد:
