روبوتات صغيرة، خطوات عملاقة: كيف يمكن لتقنية النانو تحسين علاج السرطان والخصوبة | ما هو ممكن؟ اسأل تورنتو
أدى التقدم في العلاج والكشف المبكر إلى تحسين معدلات البقاء على قيد الحياة من السرطان بشكل ملحوظ في العقود الأخيرة. لكن بعض أنواع السرطان تظل قاتلة بشكل مدمر. بالنسبة للمرضى الذين يعانون من الورم الأرومي الدبقي (GBM)، وهو الشكل الأكثر شيوعًا وعدوانية لسرطان الدماغ، فإن متوسط العمر المتوقع هو 12 إلى 18 شهرًا فقط بعد التشخيص. ربعهم فقط سيعيشون أكثر من عام، و5% فقط أكثر من خمس سنوات.
في جامعة تورنتو، يعمل البروفيسور يو صن وفريقه في معهد الروبوتات على تسخير إمكانات الروبوتات النانوية – وهو مجال التكنولوجيا الذي يطور روبوتات صغيرة مجهرية – لبناء ما يمكن أن يكون خيارًا علاجيًا جديدًا يغير قواعد اللعبة: “مشارط النانو” التي البحث عن الخلايا السرطانية وتدميرها عن طريق الدوران عند تنشيطها بواسطة مجال مغناطيسي.
في حين أن العلاج الكيميائي هو علاج فعال للسرطان في البداية، إلا أن المرضى يطورون في نهاية المطاف مقاومة له، وفي حالة الورم الأرومي الدبقي الذي يحدث بسرعة، كما يقول صن، المدير المؤسس لمعهد الروبوتات. “نأمل أن نمنح مرضى السرطان الذين لديهم مقاومة للعلاج: هل يمكننا أن نمنحهم بعض الأمل في علاج مرضهم؟” هو يقول.
بالنسبة لصن، فإن البحث له صدى شخصي: فقد فقد والدته بسبب السرطان، ورأى بنفسه تأثير مقاومة العلاج. يقول: “لقد أدركت بشكل أكثر حدة أن المرضى يحتاجون حقًا إلى التقنيات التي يمكن أن تساعدهم كملاذ أخير”.
من خلال العمل مع مختبر الدكتور شي هوانغ من مستشفى تورنتو للأطفال المرضى (SickKids)، قام فريق جامعة تورنتو بتطوير “جراحة النانو الميكانيكية” الخاصة بهم عن طريق ملء أنابيب الكربون النانوية المغناطيسية – جزيئات أنبوبية مصنوعة من الكربون – بجزيئات أكسيد الحديد وتغليفها بجسم مضاد يتعرف على البروتين الذي يتم التعبير عنه بشكل مفرط بواسطة الخلايا السرطانية GBM. وبفضل الأجسام المضادة، عندما يتم حقن الأنابيب في الورم، فإنها تبحث عن الخلايا السرطانية. ثم يقوم المجال المغناطيسي الدوار الخارجي المطبق بدقة بجعل الأنابيب تدور.
يقول الدكتور شيان وانغ، الذي أكمل درجة الدكتوراه تحت إشراف صن، والذي شارك في الإشراف على أبحاث ما بعد الدكتوراه هوانغ وصن في مستشفى سان: “تولد الأنابيب عزمًا ميكانيكيًا يؤثر على الهياكل الخلوية لتعطيلها ميكانيكيًا والتسبب في موت الخلايا”. الأطفال المرضى. كان عمل وانغ في تطوير ملاقط النانو المغناطيسية بمثابة لبنة أساسية في مشارط النانو.
في دراسة أجريت على فئران تحمل GBM مقاومة للعلاج الكيميائي، أدت جراحة النانو الميكانيكية إلى تقليل حجم الورم وإطالة فترة بقاء الحيوانات. إن حقيقة أنه يقتل الخلايا جسديًا أمر بالغ الأهمية، كما يقول وانج، الذي يعمل الآن أستاذًا مساعدًا في جامعة كوينز في كينجستون، أونتاريو، نظرًا لأن مقاومة العلاج تحدث بسبب تحور الخلايا السرطانية للتكيف مع العلاج.
يقول هوانج، الذي لعب دورًا حاسمًا في تطوير جراحة النانو الميكانيكية: “إن تقنية مشرط النانو هي تقنية فيزيائية، فهي لا تمنح الخلايا الفرصة للتحور، ولهذا السبب نراها مهمة جدًا”.
خلال مسيرتها المهنية التي امتدت لأكثر من 20 عامًا في مجال الروبوتات الدقيقة والنانوية، اكتسبت صن سمعة طيبة في العمل الرائد ذي التأثير المجتمعي. عندما كان طالبًا في الدراسات العليا، أراد أن تتمتع أنظمته الروبوتية التي تعمل على خلايا مفردة بحاسة اللمس. ولأنه لم يتمكن من العثور على أي شيء من شأنه أن يؤدي المهمة، فقد ابتكر الحل الخاص به: جهاز استشعار للقوة الدقيقة تم إنتاجه تجاريًا واستخدمته وكالة ناسا، من بين استخدامات أخرى، لتحسين استجابات المصاريع الدقيقة لتلسكوب جيمس ويب الفضائي.
كما قام أيضًا بتطوير أول نظام روبوتي نانوي مغلق الحلقة في العالم، بالتعاون مع شركة Hitachi High-Tech Canada، والذي يعمل بمثابة “الأيدي” جنبًا إلى جنب مع المجهر الإلكتروني مثل “العيون” لمعالجة وتوصيف المواد النانوية والعينات البيولوجية.
وفي مجال الرعاية الصحية، يركز عمل صن الرائد أيضًا على بداية الحياة. وفي جامعة تورنتو في عام 2012، قام هو وفريقه بتطوير نظام أدى إلى إنجاز هو الأول من نوعه في العالم، وهذه المرة في الإخصاب البشري الآلي. يستخدم نظام حقن الحيوانات المنوية الآلي داخل السيتوبلازم (ICSI) خوارزميات الذكاء الاصطناعي التي تم تطويرها بعناية وتقنيات المعالجة الدقيقة الآلية لاختيار الحيوانات المنوية بدون تدخل جراحي مع أقل قدر من تلف الحمض النووي، ثم إدخالها في خلايا البويضات البشرية، مما يقلل الضرر مقارنة بالطرق اليدوية باستخدام جهاز اهتزاز ميكانيكي. والتي، كما يقول صن، تعمل “مثل نقار الخشب باستخدام نبضات ميكانيكية لفتح غشاء خلية البويضة بلطف”. الهدف هو المساعدة في ضمان صحة الأطفال المولودين بتقنية التلقيح الاصطناعي.
وتخضع النسخة المحسنة من النظام حاليًا لتجارب على المرضى. وفي الوقت نفسه، يأمل صن أن تكون جراحة النانو الميكانيكية لفريقه جاهزة للتجارب السريرية في غضون خمس سنوات.
يقول: “إن ضغط العمل في هذا المجال لا يتعلق بنشر ورقة بحثية، بل لأن هناك أمراض يجب علاجها”.
ويأمل خلال حياته العملية أن يرى استخدام ابتكاراته ذات تأثير تحويلي في العالم الحقيقي. ويقول: “أود أن أرى تقنيات العلاج التي نعمل عليها تُستخدم في المستشفيات لإفادة العديد من المرضى”. “لأن الغرض من إجراء البحث هو جعل العالم أفضل.”
تعرف على المجتمع الاستثنائي الذي يتخطى حدود ما هو ممكن على utoronto.ca/news
