أرق 1،000،000 مرة من خصلة شعر واحدة – العلماء يطورون أنابيب نانوية خالية من التسرب
يمكن لأصغر أنابيب سباكة في العالم تحويل الأدوية إلى خلايا بشرية فردية.
من خلال العمل على أنابيب مجهرية لا يزيد عرضها عن جزء من المليون من شعرة الإنسان، ابتكر باحثو جامعة جونز هوبكنز طريقة لحماية أصغر خطوط الأنابيب هذه من حتى أصغر التسريبات.
تُعد الأنابيب الخالية من التسرب المصنوعة من الأنابيب النانوية ذاتية التجميع والإصلاح والتي يمكن أن ترتبط بهياكل حيوية مختلفة خطوة كبيرة نحو تطوير شبكة أنابيب نانوية قد تحمل يومًا ما الأدوية والبروتينات والجزيئات المتخصصة إلى خلايا محددة في جسم الإنسان. تم تحديد القياسات عالية الدقة مؤخرًا في Science Advances .
أنابيب خالية من التسرب مصنوعة من الأنابيب النانوية التي تتجمع ذاتيًا، وتصلح ذاتيًا، ويمكن أن تربط نفسها ببنى حيوية مختلفة. يعرض هذا الفيديو الأنابيب النانوية “المتذبذبة”. الائتمان: جامعة جونز هوبكنز
قالت ريبيكا شولمان ، زميلة أستاذ الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية الذي شارك في قيادة البحث. “في حالتنا، يمكننا أيضًا ربط هذه الأنابيب بنقاط نهاية مختلفة لتشكيل شيء مثل السباكة.”
استخدم العلماء أنابيب يبلغ طولها عدة ميكرونات ، أو ما يقرب من حجم جزيء الغبار، ويبلغ قطرها سبعة نانومتر، أي حوالي مليوني مرة أصغر من النملة.
تعتمد هذه التقنية على تقنية حالية تعيد استخدام شظايا الحمض النووي لتكون بمثابة لبنات بناء لتنمو وإصلاح الأنابيب مع السماح لها بالبحث عن هياكل معينة والاتصال بها.
تم إنشاء هياكل مماثلة في تجارب سابقة لإنشاء هياكل أصغر تُعرف باسم nanopores. تركز هذه التصميمات على قدرة المسام النانوية للحمض النووي على تنظيم نقل الجزيئات من خلال الأغشية الدهنية المزروعة في المختبر والتي تشبه أغشية الخلايا.
ومع ذلك، إذا كانت الأنابيب النانوية مثل الأنابيب، فإن المسام النانوية تشبه تركيبات الأنابيب القصيرة التي لا يمكنها الوصول إلى الأنابيب أو الخزانات أو المعدات الأخرى بمفردها.
لحل هذه الأنواع من المشكلات، يتخصص فريق شولمان في تقنية النانو المستوحاة من الأحياء.
قال شولمان: “إن بناء أنبوب طويل من المسام يمكن أن يسمح للجزيئات ليس فقط بعبور مسام الغشاء الذي يحمل الجزيئات داخل غرفة أو خلية، ولكن أيضًا لتوجيه هذه الجزيئات بعد مغادرة الخلية”.
“لقد تمكنا من بناء أنابيب تمتد من مسام أطول بكثير من تلك التي تم بناؤها من قبل والتي يمكن أن تجعل نقل الجزيئات على طول” الطرق السريعة “للأنابيب النانوية قريبًا من الواقع.”
تتكون الأنابيب النانوية باستخدام خيوط الحمض النووي المنسوجة بين حلزونات مزدوجة مختلفة. تحتوي هياكلها على فجوات صغيرة مثل مصائد الأصابع الصينية.
بسبب الأبعاد الصغيرة للغاية، لم يتمكن العلماء من اختبار ما إذا كانت الأنابيب قادرة على نقل الجزيئات لمسافات أطول دون تسريب أو ما إذا كانت الجزيئات يمكن أن تنزلق عبر فجوات جدارها.
أجرى يي لي، وهو خريج دكتوراه من قسم الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية بجامعة جونز هوبكنز والذي شارك في قيادة الدراسة، ما يعادل النانو لسد نهاية الأنبوب وتشغيل صنبور للتأكد من عدم تسرب المياه.
قام يي بتغطية نهايات الأنابيب بـ “سدادات” DNA خاصة، وقام بتشغيل محلول من جزيئات الفلورسنت من خلالها لتتبع معدلات التسرب والتدفق.
من خلال قياس شكل الأنابيب بدقة، وكيفية ارتباط جزيئاتها الحيوية بمسام نانوية معينة، ومدى سرعة تدفق المحلول الفلوري، أوضح الفريق كيف نقلت الأنابيب الجزيئات إلى أكياس صغيرة مزروعة في المختبر تشبه غشاء الخلية.
انزلقت الجزيئات المتوهجة من خلال شلال مثل الماء.
قال لي: “الآن يمكننا أن نطلق على هذا نظام السباكة لأننا نوجه تدفق مواد أو جزيئات معينة عبر مسافات أطول بكثير باستخدام هذه القنوات”.
“نحن قادرون على التحكم في وقت إيقاف هذا التدفق باستخدام بنية DNA أخرى ترتبط على وجه التحديد بتلك القنوات لإيقاف هذا النقل، والعمل كصمام أو سدادة.”
يمكن للأنابيب النانوية للحمض النووي أن تساعد العلماء على اكتساب فهم أفضل لكيفية تفاعل الخلايا العصبية مع بعضها البعض. يمكن للباحثين أيضًا استخدامها لدراسة أمراض مثل السرطان، ووظائف أكثر من 200 نوع من الخلايا في الجسم.
بعد ذلك، سيجري الفريق دراسات إضافية على الخلايا الاصطناعية والحقيقية، وكذلك مع أنواع مختلفة من الجزيئات.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
