نجح العلماء في تطوير روبوتات نانوية تعتمد على الحمض النووي يمكنها تعديل الخلايا الاصطناعية، ما يمثل تقدما كبيرا في مجال  توصيل الأدوية والعلاجات المتقدمة. فريق البحث بقيادة البروفيسورة "لورا نا ليو" من جامعة شتوتغارت استطاع استخدام تقنية "الأوريغامي الجيني" للتحكم في هيكل ووظيفة الأغشية البيولوجية. وقد نُشرت نتائج هذا البحث الرائد في مجلة Nature Materials.

تحديات الخلايا الاصطناعية

تشكل هيكلية وشكل الخلية أساسًا لوظيفتها البيولوجية، وفقا لمبدأ التصميم "الشكل يتبع الوظيفة". تطبيق هذا المفهوم على الخلايا الاصطناعية كان تحديًا كبيرًا في علم الأحياء الصناعي. لكن التقدم الأخير في تقنيات النانو القائمة على الحمض النووي أتاح تصميم قنوات نقل جديدة لنقل البروتينات العلاجية عبر أغشية الخلايا.

تطوير تقنية الروبوتات النانوية

قادت البروفيسورة "لورا نا ليو"، بالتعاون مع فريقها في جامعة شتوتغارت ومعهد ماكس بلانك لأبحاث الحالة الصلبة، الجهود لتطوير أداة مبتكرة تتحكم في شكل ونفاذية أغشية الدهون الاصطناعية. هذه الأغشية، المكونة من طبقتين دهنيتين، تمثل نماذج مبسطة لدراسة ديناميكيات الأغشية وتفاعلات البروتينات.

علامة فارقة في تطبيق تقنية الحمض النووي

نجح الفريق في استخدام روبوتات نانوية قائمة على الحمض النووي للتفاعل المبرمج مع الخلايا الاصطناعية. هذه الروبوتات تعتمد على تقنيات "الأوريغامي الجيني"، حيث تُطوى خيوط الحمض النووي باستخدام تسلسلات أقصر مخصصة.

قنوات نقل جديدة للبروتينات والإنزيمات

تمكن العلماء من تصميم روبوتات نانوية قابلة لإعادة التشكيل تؤثر على محيطها في نطاق ميكرومتري. استخدمت هذه الروبوتات لتشكيل قنوات نقل اصطناعية في أغشية الخلايا النموذجية (GUVs)، مما يسمح بمرور الجزيئات الكبيرة وإغلاق القنوات عند الحاجة.

التطبيقات العملية

يشير البروفيسور "ستيفان نوسبرغر"، أحد المشاركين في الدراسة، إلى أن هذه الروبوتات تتيح تصميم أغشية اصطناعية لتشكيل قنوات نقل. الأهم من ذلك، أن آلية عمل هذه الروبوتات على الأغشية الاصطناعية لا تمتلك نظيرا مباشرا في الخلايا الحية.

تفتح هذه الدراسة آفاقا للتساؤل: هل يمكن تصميم منصات اصطناعية أقل تعقيدا من نظيراتها البيولوجية ولكنها تؤدي وظائف مشابهة؟

فهم آليات الأمراض وتحسين العلاجات

يسمح النظام الجديد، الذي يُنشئ قنوات عرضية في الأغشية باستخدام الروبوتات النانوية، بمرور فعال للجزيئات إلى الخلايا، كما يمكن برمجة هذه القنوات للإغلاق عند الحاجة. يمكن تطبيق هذه التقنية على الخلايا الحية لتوصيل البروتينات أو الإنزيمات العلاجية إلى أهدافها بدقة عالية.

يعد هذا التقدم خطوة مهمة نحو محاكاة سلوك الخلايا الحية وتحقيق تطورات جديدة في استراتيجيات العلاج المستقبلية. وفقا للبروفيسور "هاو يان"، أحد المؤلفين المشاركين، فإن هذا النهج يفتح الباب لتطبيقات مبتكرة في توصيل الأدوية وتحسين العلاجات الطبية.