طرحت جامعة كورنيل جهازًا كهربائيًا حيويًا يمكنه الكشف بسرعة عن المتغيرات الضارة لفيروس كورونا، وربما الفيروسات الأخرى أيضًا. يستخدم هذا الجهاز القائم على الرقاقة غشاءًا حيويًا لمحاكاة عملية تطور العدوى في الخلية، مما يساعد على تقييم الحمل الفيروسي بسرعة وكفاءة
طور باحثون من جامعة كورنيل جهازًا كهربائيًا حيويًا قادرًا على تحديد وتصنيف متغيرات كورونا، بما في ذلك الأكثر خطورة، من خلال تقليد عملية الإصابة على شريحة.
يمكن لهذا الجهاز، الذي يستخدم غشاءًا حيويًا لمحاكاة البيئة الخلوية، أن يحدد بسرعة مستوى التهديد لكل متغير والتكيف مع الفيروسات الأخرى مثل الأنفلونزا والحصبة. إنها أداة سريعة وفعالة لتوصيف التفاعل الفيروسي المبكر.
التكنولوجيا المتقدمة للكشف عن الفيروسات
ويستخدم الجهاز غشاء خلوي، وهو غشاء حيوي، على شريحة بيولوجية تحاكي البيئة الخلوية والمراحل البيولوجية للعدوى. وهذا يسمح للباحثين بتحديد خصائص المتغيرات المثيرة للقلق بسرعة وتحليل الآليات التي تؤدي إلى انتشار المرض، دون التورط في تعقيد الأنظمة الحية.
وقالت سوزان دانيال، أستاذة الهندسة الكيميائية والمؤلفة الرئيسية للورقة المنشورة في 3 يوليو في مجلة Nature Communications: "في الأخبار، نرى ظهور متغيرات مثيرة للقلق مثل دلتا، وأوميكرون، وما إلى ذلك، وهذا يخيف الجميع". "الأفكار الأولى هي: هل يغطي لقاحي هذا المتغير الجديد؟ ما مدى القلق الذي يجب أن أشعر به؟" يستغرق الأمر بعض الوقت لتحديد ما إذا كان المتغير سببًا حقيقيًا للقلق أم أنه سيختفي ببساطة."
الميزات الفريدة لمنصة الرقاقة الحيوية
في حين تم بالفعل وضع العديد من المكونات البيولوجية على الرقائق، من الخلايا إلى العضيات والهياكل الشبيهة بالأعضاء، فإن المنصة الجديدة تختلف عن تلك الأجهزة لأنها تحاكي بالفعل الإشارات والعمليات البيولوجية التي تؤدي إلى بدء العدوى في الغشاء الخلوي للكائن الحي. خلية واحدة. في الواقع، فهو يجعل المتغير يتصرف كما لو كان في نظام خلوي حقيقي لمضيفه المحتمل.
وقال دانييل: "قد يكون هناك ارتباط بين مدى قدرة المتغير على نقل الجينوم الخاص به من خلال طبقة الغشاء الحيوي ومدى القلق الذي يمكن أن يكون عليه هذا المتغير من حيث قدرته على إصابة البشر". "إذا تمكنت من إطلاق الجينوم الخاص بها بكفاءة عالية، فقد يكون ذلك مؤشرًا على أننا بحاجة إلى مراقبة المتغير عن كثب أو تطوير لقاح جديد يتضمنه. وإذا لم يطلقه بشكل جيد، فربما يكون هذا المتغير أقل إثارة للقلق". النقطة الأساسية هي أننا بحاجة إلى تصنيف المتغيرات بسرعة حتى نتمكن من اتخاذ قرارات مستنيرة، ويمكننا القيام بذلك بسرعة كبيرة باستخدام أجهزتنا الجديدة، فهي سريعة ولا تستغرق سوى بضع دقائق. التسمية، وهذا يعني ليس هناك حاجة وضع علامة على الفيروس لتتبع تقدمه."
الآثار المحتملة للبحوث الفيروسية
ونظرًا لأن الباحثين يمكنهم إعادة إنشاء الظروف البيولوجية والمحفزات التي تنشط الفيروس بأمانة، فيمكنهم أيضًا تغيير المحفزات ومعرفة كيفية استجابة الفيروس.
وقالت دانييل: "فيما يتعلق بفهم العلوم الأساسية لكيفية حدوث العدوى وما هي المحفزات التي يمكن أن تساعدها أو تعيقها، فهذه أداة فريدة من نوعها". "لأنه يمكنك فصل العديد من جوانب تسلسل التفاعل، وتحديد العوامل التي تعزز العدوى أو تمنعها."
القدرة على التكيف مع الفيروسات المختلفة
ويمكن تكييف المنصة مع فيروسات أخرى، مثل الأنفلونزا والحصبة، طالما أن الباحثين يعرفون نوع الخلية التي تميل إلى الإصابة بالعدوى، وكذلك الظروف البيولوجية التي تسمح لعدوى معينة بالازدهار. على سبيل المثال، تتطلب الأنفلونزا انخفاضًا في الرقم الهيدروجيني لتنشيط الراصة الدموية، ويحتوي فيروس كورونا على إنزيم ينشط بروتينه الشوكي.
وقال دانييل: "لكل فيروس طرقه الخاصة في إحداث الضرر. وعليك أن تعرفها من أجل إعادة إنتاج عملية الإصابة على الشريحة". "ولكن بمجرد أن تعرفها، يمكنك بناء منصة تناسب كل من تلك الشروط المحددة."
تم دعم هذا البحث من قبل وكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة (DARPA)، ومكتب أبحاث الجيش الأمريكي، وزمالة كورنيل سميث للابتكار بعد الدكتوراه، وبرنامج شميدت للعقود الآجلة، ومؤسسة العلوم الوطنية (الولايات المتحدة).
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
