وأوضح فريق الباحثين أن ما يميز السوائل الذكية هو أنها، نتيجة لخصائصها الكيميائية، تحافظ على انفصالها عن بعضها البعض، وبالتالي تكوين قطرات مميزة
ضمن دراسة جديدة أجريت في جامعة تل أبيب ونشرت في مجلة PNAS، بقيادة طالب الماجستير أميت نيتزر من مختبر الدكتور إيلا لامبل منمدرسة شيمونيس للأبحاث الطبية الحيوية وأبحاث السرطان בكلية جورج س. وايز لعلوم الحياة، تم طرح إمكانية إنتاج سائل ذكي يعمل كجهاز استشعار في حد ذاته لأول مرة.
إن تفرد البحث، الذي شارك فيه باحثون آخرون من المختبر أيضا، ومن بينهم إيتاي كاتسير ود. أبيجيل باروخ ليشم، وكذلك د. ميخال ويتمان من جامعة بار إيلان، ينبع من حقيقة أن الحالة السائلة للتجميع تفتح باب لاستخدام المواد الذكية في استخدامات متنوعة، والتي لم تكن ممكنة حتى الآن مع مواد الحكماء ذات الطابع الصلب.
وأوضح فريق الباحثين أن ما يميز السوائل الذكية هو أنها، نتيجة لخصائصها الكيميائية، تحافظ على انفصالها عن بعضها البعض، وبالتالي تشكل قطرات مميزة، وهي عبارة عن متكثفات - قطرات صغيرة من الخل البلسمي تطفو في زيت الزيتون. ومن خلال النمذجة الدقيقة لبنية وتكوين الجزيئات الموجودة داخل تلك المكثفات، يمكن للباحثين تحديد ما يجب التفاعل معه وكيفية تغييره اعتمادًا على البيئة.
في دراسات سابقة، أوضح الدكتور لامبل كيفية إنشاء المكثفات بحيث تطلق الشحنة التي تحتويها استجابةً للضوء - وهو تطور يمكن استخدامه في المستقبل للإطلاق الخاضع للرقابة للأدوية في الجسم، بالإضافة إلى عمليات أخرى. وفي الدراسة الجديدة، سعى الدكتور لامبل إلى دراسة نهج مختلف لاستخدام السوائل الذكية، بحيث سيتم استخدامها كـ "أجهزة استشعار بصرية" - والتي ستغير لون وشدة تألقها في الوجود. واستجابة لإنزيم معين.
ووفقا للدكتور لامبل، فإن البحث مستوحى من العمليات التي تحدث في الطبيعة "يوجد داخل الخلايا في جسمنا عدد كبير من العضيات التي تستخدم لأغراض مختلفة، على سبيل المثال كمصانع صغيرة لإنتاج الجزيئات التي تقوم بتكوينها". ضرورية لوجود الخلية وعملها. بعض تلك العضيات محاطة بغشاء، لكن البعض الآخر يختلف عن البيئة العامة للخلية في عملية تسمى الفصل الطوري بين السوائل - والتي تنتج عن عدد كبير من التفاعلات الضعيفة التي تحدث بين الجزيئات التي تتكون منها العضية، وتتكون معًا الانفصال عن بقية البيئة وإنشاء مكثفات ذات بيئة دقيقة فريدة من نوعها."
وأضاف الدكتور لامبل: "في الخلايا، تتكون هذه المكثفات عادة من خليط من البروتينات والأحماض النووية - المادة الوراثية للخلية. يصعب التعامل مع البروتينات الكاملة، والتي يتم بناؤها من مئات الأحماض الأمينية، في المختبر. ولهذا السبب نستخدم "البروتينات الصغيرة" المبنية من سلاسل قصيرة من الأحماض الأمينية بدلاً من البروتينات الطويلة. نظرًا لقصر طولها، فإن البروتينات الصغيرة لا تطوى وتبقى بدون بنية مستقرة، وهذه المرونة هي التي تسمح لها بإنتاج التفاعلات مع الأحماض النووية التي تخلق فصل الطور والمكثفات.
الهدف: إنشاء مكثفات لمجموعة واسعة من الاستخدامات
في الوقت نفسه، وبمساعدة الأبحاث التي أجريت على تسلسلات الأحماض الأمينية الشائعة في المكثفات الموجودة في الطبيعة، حدد الدكتور لامبل وباحثون آخرون في هذا المجال تسلسلات تلعب أدوارًا رئيسية في تكوين مجموعة متنوعة من المكثفات المختلفة في وتضيف: "هذا الفهم يسمح لنا باستخدام تسلسلات مختلفة مثل قطع الليغو في تصميم البروتينات الصغيرة الخاصة بنا للتحكم في الوظائف المحددة التي نريدها أن تمتلكها".
"أردنا أن نرى ما إذا كان بإمكاننا تصميم مكثفات يمكن استخدامها كأجهزة استشعار. يتم إنشاء الميلانين، وهو الصباغ الذي يحدد لون بشرتنا، في الجسم عندما يقوم إنزيم معين بأكسدة حمض أميني يسمى التيروزين. والمستويات العالية من الإنزيم تميز مختلف الأمراض الجلدية، من فرط التصبغ إلى سرطان الجلد، لذلك قررنا تصميم بروتيننا المصغر بحيث يحتوي على التيروزين، ونتيجة لذلك، عندما أضفنا الإنزيم إلى السائل وقام بأكسدة البروتينات الصغيرة وغير خصائصها البصرية - مما جعلها متألقة. وبهذه الطريقة، أظهرنا أنه من الممكن إنتاج سائل ذكي يعمل كجهاز استشعار بيولوجي، في هذه الحالة لوجود الإنزيم.
والآن، تعمل الدكتورة لامبل وزملاؤها على تصميم مكثفات بمجموعة متنوعة من الخصائص الأخرى. "نحن نحاول اكتشاف وتوسيع استخدامات وقدرات ما يمكن فعله بالسوائل الذكية، على سبيل المثال، بما يتجاوز الإنتاج". من أجهزة الاستشعار البيولوجية الحساسة، بمساعدة التحكم الدقيق في فصل الطور، من الممكن تصميم سوائل ذكية سيتم استخدامها لإنتاج فعال وبسيط للأدوية التي تتطلب اليوم، لإنتاجها على نطاق صناعي، ظروفًا معقدة ومكلفة .
ويتوقع الدكتور لامبل أيضًا أنه في المستقبل سيكون من الممكن استخدام المكثفات كأدوات لنقل الأدوية إلى الجسم، بل سيتم استخدامها كمصانع صغيرة لإنتاج الأدوية داخلنا.
ويخلص الدكتور لامبل إلى أن: "هذا مجال بحثي جديد تمامًا. لا يزال لا يعرف ما هو ولماذا هو جيد. لكنها تتوسع بسرعة. ويمكنك أن ترى ذلك في العدد الكبير من براءات الاختراع والمقالات في هذا المجال والتي يتم نشرها كل شهر."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
