روبوت نانوي مبتكر من جامعة بازل: تجميع ذاتي بـ”فيلكرو الحمض النووي” ويُعيد استخدام نفسه لقتل الخلايا السرطانية

تخيل روبوتًا صغيرًا جدًا لدرجة أنه يستطيع السباحة في مجرى دمك، ويتجمع ذاتيًا عند الطلب، ويصنع دواءً في الموقع، ثم يُسترجع ويُعاد تزويده بالوقود وإعادة استخدامه. هذا لم يعد خيالًا علميًا. فريق من جامعة بازل بنى بالضبط مثل هذا — روبوت نانوي معياري قابل لإعادة الاستخدام، يتجمع معًا باستخدام "فيلكرو جزيئي" قائم على الحمض النووي، وقد أظهر بالفعل قدرته على قتل الخلايا السرطانية في المختبر [8، 9].

بقيادة البروفيسورة الدكتورة كورنيليا باليفان، صمم الباحثون روبوتًا نانويًا يشبه صاروخًا قمريًا مصغرًا. يتكون من وحدتين مستقلتين — وحدة دفع مغناطيسي وكبسولة حمولة — تتجمعان ذاتيًا عندما ترتبط خيوط الحمض النووي التكميلية على كل وحدة معًا . "الفيلكرو" القائم على الحمض النووي قابل للبرمجة، مما يسمح بإقران الوحدات وفصلها وإعادة إقرانها حسب الطلب .

كيف يعمل الروبوت النانوي

هندسة النظام بسيطة بشكل متعمد وقابلة للتكيف بدرجة كبيرة:

• تصميم معياري: وحدتان متميزتان قابلة لإعادة التشكيل — وحدة دفع مغناطيسي وكبسولة حمولة .
• 'فيلكرو جزيئي' قائم على الحمض النووي: تحمل كل وحدة خيوط DNA تكميلية. عندما تلتقي، ترتبط الخيوط، مما يثبت الوحدتين معًا في روبوت نانوي فعال. يمكن فك نفس الرابطة، مما يسمح باستعادة الوحدة .
• الدفع المغناطيسي: وحدة الدفع مغناطيسية، مما يتيح التوجيه الخارجي. يمكن لمجال مغناطيسي توجيه الروبوت نحو الهدف — مثل الورم — ثم استرجاعه لاحقًا لإعادة الاستخدام .
• كبسولة الحمولة: تحتوي الكبسولة على أربع حويصلات بوليمرية نانوية الحجم محملة بالإنزيمات. تدخل الركائز عبر مسام صغيرة، وتحولها الإنزيمات إلى منتجات نشطة، وتُطلق تلك المنتجات محليًا. يمكن أيضًا فتح الحويصلات بشكل انتقائي لإطلاق مركبات نشطة بيولوجيًا .
• قدرة الالتحام: تسمح الجزيئات الحيوية الإضافية على كبسولة الحمولة للروبوت النانوي بالارتباط بأسطح خلوية أو مواد معينة .

نتائج اختبار خلايا HeLa

اختبر الفريق الروبوت النانوي ضد خلايا سرطان عنق الرحم HeLa، وهي خط خلايا بشرية مستخدمة على نطاق واسع في أبحاث السرطان:

• تراكمت الروبوتات النانوية على سطح خلايا HeLa، وهو ما تم تأكيده عبر وضع علامات فلورية .
• عندما تم تجهيز الروبوتات النانوية بإنزيمات تنتج دواءً مضادًا للسرطان، انخفضت قابلية حياة خلايا HeLa إلى 16% خلال 72 ساعة — مما يعني قتل 84% من الخلايا السرطانية .
• تأتي الفعالية من إنتاج الدواء المركز محليًا، مباشرة على سطح الخلية، بدلاً من التوصيل الجهازي .

تطبيقات أوسع وخطوات تالية

التصميم المعياري يعني أن المنصة لا تقتصر على العلاج بالسرطان. من خلال تبديل كبسولة الحمولة، يمكن إعادة استخدام نفس الروبوت النانوي لأدوار مختلفة تمامًا:

• الطب الموجه: توصيل العوامل العلاجية مباشرة إلى الأورام أو الأنسجة المريضة، مع تمكين الوحدة المغناطيسية من الاسترجاع وإعادة الاستخدام .
• الحفز الصناعي: إعادة تعبئة الكبسولة بإنزيمات مختلفة للتفاعلات الحفزية عند الطلب في التصنيع .
• المعالجة البيئية: استخدامات محتملة تشمل تنقية المياه وتفكيك الملوثات .
• قابلية إعادة الاستخدام: يمكن فصل الوحدات، وإعادة تعبئة كبسولة الحمولة، وإعادة دمج الوحدات — كل ذلك مع استعادة وحدة الدفع المغناطيسي وإعادة استخدامها .
• الاستخدام البشري: يبقى التطبيق في البشر هدفًا طويل الأمد، لكن المنصة مصممة لتكون قابلة للتكيف بسهولة بمجرد تعديل كبسولة الحمولة .

نُشر البحث في مجلة Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202600079). تم إجراؤه ضمن المركز الوطني السويسري للكفاءة في البحث – هندسة الأنظمة الجزيئية ومعهد سويسرا للعلوم النانوية، بالتعاون مع جامعة هايدلبرغ [8، 12].