[ابوالوليد المسلم]

تكنولوجيا النانو ما لها وما عليها (2-3)

كتبه/ علاء بكر

الحمد لله، والصلاة والسلام على رسول الله، أما بعد؛
فمن أهم وأعظم تطبيقات تكنولوجيا النانو تطبيقاتها في مجال الطب؛ إذ إنها تَرتبط بصحة الإنسان وحياته. ولقد بدأنا نعيش عصر تقنيات طبية نانوية ستُغيِّر كثيرًا من الطرق التقليدية في علاج الأمراض، وتَفتح أبواب الأمل في العلاج لكثير من الأمراض، ومنها أمراض كنا نراها مستعصية، ومن هنا يرى الباحثون أن طب النانو هو طب المستقبل.
من تطبيقات تقنية النانو في العلاج بالأدوية:
يتوقع العلماء طفرة كبيرة في مفهوم العلاج بالأدوية، وتشير الأبحاث المنشورة حديثًا إلى إمكانية حمل وتوجيه وتوصيل أدوية العلاج إلى الأجزاء المصابة في جسم الإنسان دون غيرها، مع التحكم في جرعات العلاج على فترات زمنية مختلفة، وذلك من خلال تصنيع جسيمات متناهية الصغر وتغيير خصائصها، مما يُعطيها القدرة على دخول جسم الإنسان والحركة والانتقال فيه من خلال الشعيرات الدموية والأغشية الحيوية داخل الجسم، بما يُعطي القدرة على إيصال الدواء عن طريقها إلى أعضاء وأنسجة محددة دون غيرها.
وهذه الأبحاث -ما زالت- في مراحلها الأولية وتحتاج إلى وقت طويل حتى يتم التأكد من سلامتها حال دخولها جسم الإنسان، وهي تقنية -بلا شك- عظيمة الفوائد في تطوير طرق إيصال الدواء.
ومن فوائدها:
- القدرة على توجيه الدواء مباشرة إلى الجزء المصاب في جسم الإنسان تحديدًا دون التأثير على الأنسجة السليمة القريبة منه.
- التحكم في عملية إطلاق العلاج داخل جسم الإنسان على فترات زمنية محددة وبكميات محددة.
- تقليل التسمم الناتج عن استخدام جرعات زائدة عن الحاجة.
- تقليل تكاليف الدواء، وتوفير طرق علاج بتكلفة أقل.
- تقليل معاناة المرضى من الآلام والمتاعب من خلال استخدام طرق العلاج التقليدية.
ومن المتوقع أن تُساهم الجسيمات النانوية للمركبات غير العضوية في تحسين إيصال الدواء لسهولة تحضيرها والتحكم في شكلها وحجمها وقدرتها على التكيف مع درجة الحرارة المحيطة بها، وقدرتها كذلك على حماية المركبات الحيوية المرتبطة بها، فهذه الجسيمات متوافقة مع أنظمة الجسم الحيوية، ودرجة سميتها ضعيفة جدًّا.
ومن صور ذلك: ما أظهرته بعض الدراسات الحديثة من إمكانية استخدام جسيمات السيليكا متناهية الصغر في احتواء عقار مضاد للسرطان قابل للتفاعل مع الضوء، يمكن تفعيله عند وصوله إلى منطقة الورم عن طريق تسليط الضوء بطول موجي محدد، مما يُقلل الآثار السلبية على الأنسجة السليمة المجاورة، كما يمكن أن تَلعب الجسيمات النانوية للمركبات العضوية أيضًا دورًا كبيرًا في إيصال الدواء إلى مناطق الجسم المصابة؛ لما لها من خصائص فريدة متعلقة بشكلها والقدرة على بناء النهايات الخارجية لربط المركبات بها، كما يمكن الاستفادة من تجويفها الداخلي لحمل الدواء وإيصاله إلى المنطقة المصابة، ولقدرتها على الذوبان في الماء والزيت في آن واحد، يمكنها حمل المركبات الدوائية المختلفة الذوبان، ثم إطلاقها بمعدل مناسب للعلاج.
المساهمة في اكتشاف الأدوية:
سوف تُساهم تقنية النانو في اكتشاف العقاقير المختلفة؛ مما سيزيد من الأدوية المرشحة للاستخدام من خلال الدراسات بمقدار ثلاثة أضعاف المركبات الدوائية الموجودة حاليًا.
ومن هذه الأدوية المرشحة للتصنيع والاستخدام في العلاج:
النانوبيوتك:
وهي البديل الجديد للمضادات الحيوية، والتي يمكنها القضاء على سلالات البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. فمن ذلك أن الباحثين استطاعوا إدخال نانو الفضة إلى المضادات الحيوية، وذلك عن طريق تصغير حبيبات الفضة إلى أقطار تقل عن واحد نانومتر، مما يعمل على زيادة كبيرة في مساحة سطح الحبيبات. وتشير نتائج الأبحاث إلى أن حبيبات الفضة البلورية لها قدرة مدهشة على قتل أنواع كثيرة من الميكروبات الضارة.
مواد التعقيم:
فقد نجحت شركة يابانية باستخدام تقنية النانو ومادة التيتانيوم في إنتاج سائل شفاف عديم اللون والرائحة من أكسيد التيتانيوم، له مواصفات خاصة يمكن استخدامه في أعمال التعقيم للقضاء على البكتيريا ومقاومة الروائح، وقد استُخدم هذا السائل في مستشفيات كبيرة لتعقيم غرف العمليات وغرف المرضى وفي علاج العديد من حالات التلوث.
صناعة الدواء داخل جسم الإنسان:
حيث تمكن فريق من الباحثين من تصنيع كبسولة نانوية دقيقة لها القدرة على الاستجابة لمؤثر خارجي للبدء في تصنيع جزيئات دوائية بروتينية داخل الجسم بطريقة تحاكي الطريقة التي يتم بها تصنيع تلك البروتينات داخل الكائنات الحية. وهذه الآلات النانوية عبارة عن كبسولات مفرغة مصنوعة من مواد دهنية، يقدر حجمها بحوالي 170 نانومتر، تحتوي على آلية تقوم بتصنيع جزيئات من البروتين ذات خصائص دوائية تشبه آلية تصنيعها داخل جسم الإنسان، تتكون من أجزاء من الحمض النووي المحبوسة داخل قفص من مادة تتحلل ضوئيًا، بالإضافة إلى بعض الإنزيمات والأحماض الأمينية وأجسام الريبوسوم. وعندما تستجيب تلك الآلية للمؤثر الخارجي -وهو عبارة عن شعاع ليزر فوق بنفسجي- يقوم بتحليل القفص الذي به الحمض النووي ليتم تحريره، ثم يتم نسخ ذلك الحمض النووي إلى حمض نووي ريبوزي يتم ترجمته عبر الريبوسوم بواسطة إنزيمات النسخ وبمساعدة إنزيمات أخرى لتكوين البروتين الدوائي المطلوب، أي يتم تصنيع الدواء داخل الجسم عبر تلك المصانع النانوية، مع القدرة على التحكم في إطلاق ذلك الدواء عند الحاجة فقط. وعلى الرغم من أن أمام تلك الآلات النانوية عدة سنوات -تقصر أو تطول- قبل أن تكون متاحة للاستخدام بالفعل، فإن هذا المفهوم الدوائي هو شرارة البدء لثورة من نوع آخر للقضاء على الأمراض وتوفير صحة أفضل للبشر.
تطبيقات تقنية النانو في تشخيص الأمراض:
يُساهم التشخيص الطبي الدقيق في الاكتشاف المبكر للأمراض، مما يُعجل بالعلاج الناجح وبأقل تكلفة، مع الراحة النفسية للمرضى بتقليل فترة العلاج. وتُعقد الآمال على تقنية النانو في تطوير عمليات التشخيص المبكر ومعرفة أسباب الأمراض وطرق حدوثها مبكرًا.
ومن أمثلة ذلك: تطوير التصوير بالرنين المغناطيسي لزيادة كفاءة الصور ثنائية وثلاثية الأبعاد، ليصبح التباين بين الأنسجة الطبيعية وغير الطبيعية واضحًا في مراحله الأولى. فجهاز التصوير بالرنين المغناطيسي له قدرة عالية على تصوير الأنسجة اللينة والتعرف على أنواع الأورام، عن طريق عوامل مختلفة تؤثر في الإشارة المستقبلة من النسيج، حيث تتأثر قيم هذه العوامل بالوضع التركيبي والفسيولوجي في الأنسجة الطبيعية عنها في الأورام؛ إلا أن التمييز بين قيم العوامل في الأنسجة الطبيعية في حالة المراحل الأولية من المرض يشكل تحديًا كبيرًا.
وهنا يأتي دور جسيمات النانو عمليًا من خلال الارتباط بمنطقة الورم عند إدخالها الجسم، مع القدرة على التحكم في سيرها والتأكد من وصولها إلى منطقة النسيج المتوقع انتشار المرض فيه، ومن ثم تأثيرها على قيم العوامل المقاسة في الجهاز، بما يُسهل معه تحديد منطقة الورم وحجم الورم ومدى انتشاره عند الحصول على الصورة التشخيصية من جهاز التصوير.
المساهمة في متابعة الأمراض:
إذ يمكن لتقنية النانو المساهمة في تحليل العينات في وقت قصير وبحجم أقل، مما يُمكِّن الأطباء المعالجين من اتخاذ القرارات المناسبة في الوقت المناسب. وسوف تُوفر تقنيات التصوير المرتبطة بالجسيمات المتناهية الصغر الفرصة لمتابعة تطور الأمراض ومراحل علاجها، خاصة في علاج السرطان بكافة أنواعه المختلفة. فكما يمكن استخدام الجسيمات المتناهية الصغر في توصيل الدواء إلى مناطق الأورام السرطانية، يمكن في الوقت نفسه متابعة مدى قتل الدواء للخلايا السرطانية ودرجة انكماش الورم، وذلك دون أي تدخل جراحي.
تطبيقات تقنية النانو في أمراض السرطان:
مرض السرطان بكل أنواعه أخطر الأمراض التي تَفتك بالإنسان على مستوى العالم. وتتم معالجة السرطان بالتدخل الجراحي وبالعلاج الكيميائي وبالعلاج الإشعاعي، وفي كثير من الحالات يتم اكتشاف السرطان متأخرًا، مما يُعجل بانتشاره في الجسم، ويُقلل من فرص النجاح في علاجه؛ لذا فإن أي تقدم في التشخيص المبكر للأورام، أو في إيجاد سبل فعالة في علاجها، يُعد من الأمور المهمة للغاية. ويُعقد الباحثون على تقنية النانو الآمال في المساهمة في التخفيف من معاناة مرضى السرطان، سواء في الاكتشاف المبكر للأورام أو في العلاج الفعال، حيث يمكن استخدام نانو الذهب في تشخيص مرض السرطان، حيث وجد أن حبيبات الذهب يتغير لونها باختلاف حجم جزيئاتها، فجزيئات الذهب في مستوى النانو تُعطي اللون الأحمر، والجزيئات الأقل حجمًا تُعطي اللون الأصفر، بينما جزيئاته الصغيرة جدًّا تُعطي اللون الأخضر.
فبتعريض الخلايا لجزيئات الذهب، فإن الجزيئات الحمراء -لحجمها الكبير- تلتصق بسطح الخلية من الخارج لعجزها عن المرور إلى داخل الخلية، أما الجزيئات الصفراء فتَعبر الغشاء الخلوي وتبقى في السيتوبلازم، بينما الجزيئات الخضراء -الأصغر حجمًا- فتَدخل إلى باقي أجزاء الخلية، وبالتالي يتم صبغ الخلية بألوان مختلفة تُساعد على دقة التشخيص.
كما أكَّد باحثون في دراسة نشرت أنهم استخدموا جسيمات الذهب بحجم النانو مغلفة بمادة بوليمرية يُحقن بها الجسم، فتُمكِّن أجهزة الأشعة المقطعية أو الرنين المغناطيسي من تشخيص أورام الكبد بحجم دقيق جدًّا مقارنة بالتقنيات المستخدمة حاليًا.
وقد اكتشف العلماء أن الذهب على مستوى النانو يتمتع ببعض الخواص العلاجية لمرض السرطان؛ إذ إن جزيئات الذهب في حجم النانو لها القدرة على امتصاص الضوء وتحويله إلى طاقة حرارية، وقد تم الاستفادة من تلك الخاصية في علاج السرطان من خلال حقن الورم بجزيئات نانو الذهب التي تُوضع داخل جزيئات خاصة تُمكِّنها من دخول خلايا السرطان فقط دون الخلايا الأخرى السليمة، وعند تسليط كمية معينة من الضوء على الورم، تمتصه جزيئات الذهب وتحوله إلى حرارة بدرجة كافية لقتل وتدمير الخلايا السرطانية دون الإضرار بالخلايا الأخرى السليمة.
وقد نجح الباحثون في تطوير جسيمات نانوية بإمكانها التحرك في دم المريض والوصول إلى الأورام وتعقب خلايا السرطان، ويمكنها إطلاق علاج يوقف عمل جين مهم وجد أنه يُساعد على نمو السرطان في الجسم.
تطبيقات النانو في طب العيون:
منها: تصحيح البصر بمساعدة تكنولوجيا النانو، حيث تُستخدم معدات بحجم النانو يتم عن طريقها نقل معلومات كهربائية إلى قرنية اصطناعية. وقد وجد أنه عندما تُغطى الشرائح بعناصر نانو مصنوعة من الماس الاصطناعي، يتم زرعها في العين المصابة، فيستعيد المريض جزءًا من قدرته البصرية.
ومنها: استخدام فقاعة صغيرة من الجرافين -وهو عبارة عن صفيحة كربونية سمكها ذرة واحدة فقط- في صناعة عدسة بصرية قابلة لتغيير بعدها البؤري بالتحكم في انحناء هذه الفقاعات عن طريق تطبيق جهد خارجي. ومثل هذه العدسات يمكن استخدامها في كاميرات الهواتف النقالة وكاميرات الويب وفي النظارات الطبية ذات التركيز البؤري.
تطبيقات النانو في جراحة الأسنان:
منها: حقن روبوتات نانوية ضمن اللثة، وبعد تماسها مع سطح التاج، تصل إلى اللب السني، وعن طريق تلك الروبوتات يمكن لطبيب الأسنان أن يتحكم في إيقاف الحساسية السنية في السن المراد علاجه، وبعد انتهاء المعالجة السنية يتم إعطاء الأمر للروبوت لإعادة الإحساس، ثم الخروج من السن بطريقة مشابهة للدخول.
ومنها: استبدال طبقة المينا في السن بمادة من الماس أو نوع من الأحجار الكريمة النقية كالنانو كومبوزيت، والتي تَزيد من مقاومة الانكسار.
تطبيقات في مجال الجراحة العامة والتجميل:
منها: إنتاج محرك نانوي (نانو روبوت) بحجم واحد ميكرون مصنوع من الكربون لصلابته، يُمكنه التجوال بكل سهولة في الأوعية الدموية داخل الجسم، وأيضًا توجيهه إلى أنسجة معينة داخل الجسم، ويمكن متابعته من خلال الرنين المغناطيسي أو الأشعة المقطعية.
ومنها: مساهمة تقنية النانو في التغلب على مشكلات استخدام الدعامات لفتح وتوسيع شرايين القلب المصابة بضيق شديد نتيجة التراكم المستمر لطبقات الكوليسترول على جدرانها الداخلية، والذي يَحول دون سريان الدم المحمل بالأكسجين، حيث إن تقنية النانو لا تتسبب في تلوث الدم أو تجلطه، ولا تتعرض لرفض الجهاز المناعي في الجسم لها أو مقاومتها.
ومنها: استخدام تكنولوجيا النانو في تطوير زراعة ثدي أكثر أمانًا كبديل لمادة السيليكون المطاطية، حيث إن كثيرًا من السيدات اللاتي يُجرين عمليات استئصال للثدي نتيجة وجود ورم به يَخضعن لعملية إعادة بناء للثدي باستخدام السيليكون المطاطي، فيتعرضن لمعدلات عالية من التعقيدات الطبية الناتجة عن استخدام السيليكون المطاطي في زراعة الثدي، والتي يمكن تجنبها باستخدام مواد مصنعة بواسطة تكنولوجيا النانو.
تقنية النانو والخلايا الجذعية:
مع التقدم في تقنية النانو، يرى بعض العلماء إمكانية الدمج والمزاوجة بين تقنية النانو وأبحاث الخلايا الجذعية لفهم وتوجيه الخلايا الجذعية والتحكم في مصيرها لإنتاج أنسجة بشرية، مما يؤدي إلى اكتشاف طرق علاج جديدة للأمراض. وقد تمت محاولات عديدة في هذا المجال، منها دمج مركبين عن طريق تقنية النانو لصنع مركب موجود أصلًا في مفاصل وغضاريف الإنسان، وهذا المركب يُمكنه تجميع نفسه على شكل غشاء متكيس إذا حُقن في مفصل الإنسان، ثم يتم حقن الخلايا الجذعية داخل هذا التكيس الذي يُستخدم كناقل للخلايا الجذعية، بواسطته تَدخل الخلايا الجذعية إلى مفصل مصاب لمريض، وكانت النتائج مبشرة.
تطبيقات النانو في جراحة العظام:
نجح علماء كلية الطب في جامعة ماساتشوستس الأمريكية في تطوير مستزرعات عظام ذكية يمكن تشكيلها حسب حالة الإصابة أو مكان الإصابة. فالمواد التي تُصنع منها مستزرعات العظام حاليًا تتسبب في مشكلات تواجه جراحي العظام، حيث إن هذه المستزرعات تُصنع من السيراميك أو البوليمرات، وهي مواد لا يمكن تشكيلها في أشكال معقدة كالتي تَنتج غالبًا من الإصابات والجروح، كما أنها تحتاج إلى أجهزة تثبيت معدنية تتطلب إجراء أكثر من عملية جراحية لتركيبها ثم لإزالتها. ومع تطوير العلماء لمستزرعات جديدة تتكون من جزيئات النانو، والتي يمكن تنشيطها وتشكيلها بتعريضها للحرارة تبعًا لمكان الإصابة أو الجرح قبل إجراء العملية، وتصغيرها بحيث لا نحتاج إلا لجرح بسيط لإدخال تلك المستزرعات، ثم بعد إدخال المستزرع يتم تعريضه للحرارة مرة أخرى ليعود إلى شكله المصمم من البداية، يتم ذلك في خلال ثوانٍ معدودة. ونظرًا لكون تلك المستزرعات من مواد عضوية قابلة للتحلل من تلقاء نفسها داخل الجسم، فإنها لا تحتاج إلى إجراء عمليات جراحية أخرى لإزالتها كما كان متبعًا من قبل، كما أنه من الممكن كذلك تحميلها بالعقاقير اللازمة لتسريع عملية نمو العظام بعد العملية. ويتم حاليًا إجراء التجارب على حيوانات المعامل، وفي حال نجاحها، فإنه سيبدأ إجراء اختباراتها السريرية على البشر.
وقد نجح علماء من جامعة نورث وسترن الأمريكية في تطوير جل يتكون من ألياف نانوية، يُعزز هذا الجل من نمو الغضاريف بالمفاصل المتضررة دون الحاجة إلى استخدام عوامل نمو باهظة الثمن. والمتبع حاليًا طريقة إحداث ثقوب بالعظام الملاصقة للغضاريف المتضررة تسمح بنمو أوعية دموية جديدة تُساعد على نمو الغضاريف من جديد. ولكن هذه الغضاريف الجديدة يكون الكولاجين فيها من نوع يجعلها تُشبه الأنسجة الناتجة عن التئام الإصابات والجروح.
أما في الطريقة الجديدة، فيُستخدم الجل المكون من ألياف النانو، الذي يُحقن في المفصل المتضرر من أجل تنشيط الخلايا الجذعية بالنخاع العظمي، فينتج عن ذلك نوع من الكولاجين مشابه للبروتين الرئيسي بالغضاريف المفصلية، يؤدي إلى إصلاح الغضاريف بالمفصل من خلال نسيج رابط أبيض وأملس يُغطي أطراف العظام عند التحامها بالمفصل. وقد أظهرت نتائج اختبارات الجل الجديد على حيوانات المعامل نجاح الطريقة الجديدة في علاج المفاصل بشكل أكثر كفاءة مقارنة بالطريقة الحالية.
للاستزادة راجع: (طب النانو: تكنولوجيا النانو وتطبيقاتها في الطب، د. أحمد عوف محمد عبد الرحمن، ط. مكتبة الأسرة 2013، الهيئة المصرية العامة للكتاب).
وللحديثة بقية -إن شاء الله-.