بحجم فيروس كورونا.. تصميم حاويات من الحمض النووي لتوصيل الأدوية

رسم توضيحي لمزهريات وأطباق مصنوعة من البلاستيك ونسخة مصغرة منها مصممة من الحمض النووي - Courtesy of Raghu Pradeep Narayanan and Abhay Prasad, Yan lab, Arizona State University

عشتارتيفي كوم- الشرق/

تمكن باحثون في "جامعة ديوك" الأميركية من تصميم هياكل نانوية دقيقة تُشبه المزهريات والأطباق والكرات المجوفة التي تستخدم في المنزل، لكن بدلاً من صنعها من الخشب أو غيره، صممها الباحثون من جزيئات من الحمض النووي تشبه الخيوط، عبر ثنيها ولفها في أشكال ثلاثية الأبعاد معقدة بدقة نانومترية.

وقال الباحثون إن هذه الأشكال أكثر من مجرد منحوتات نانوية، إذ يمكن للبرنامج أن يسمح للباحثين بإنشاء حاويات صغيرة لتوصيل الأدوية داخل الجسم، أو قوالب لصب الجسيمات النانوية المعدنية بأشكال محددة للخلايا الشمسية والتصوير الطبي والتطبيقات الأخرى.

ولا يزيد حجم المنحوتات عن حجم فيروس كورونا.

وتكشف هذه الإبداعات عن إمكانيات برنامج جديد مفتوح المصدر تم تطويره بواسطة الباحثين، ويتيح للمستخدمين أخذ رسومات أو نماذج رقمية من الأشكال المستديرة وتحويلها إلى هياكل ثلاثية الأبعاد مصنوعة من الحمض النووي.

ولا يزيد عرض كل جسم مجوف صغير عن واحد على 2 مليون من البوصة، ويمكن أن يضع الباحثون أكثر من 50 ألف منحوتة من تلك المنحوتات على رأس دبوس. 

والحمض النووي هو مخطط الحياة بالنسبة للإنسان، ويحتفظ بالتعليمات الجينية لجميع الكائنات الحية، لكنه بالنسبة للفريق البحثي أكثر من مجرد ناقل للمعلومات الجينية، فهو أيضاً مادة يُمكن استخدامها للبناء.

وهناك 4 "أحرف" أو قواعد في الشفرة الجينية للحمض النووي، والتي تقترن بطريقة يمكن التنبؤ بها في الخلايا لتشكيل درجات سلم الحمض النووي. ومن خلال تصميم خيوط الحمض النووي بتسلسلات محددة، يمكنها برمجة الخيوط لتجميع نفسها معاً في أشكال مختلفة.

الطريقة

وتتضمن الطريقة طي قطعة واحدة أو بضع قطع طويلة من الحمض النووي أحادي السلسلة، وطول مُكون من آلاف القواعد أو الأحرف، بمساعدة بضع مئات من خيوط الحمض النووي القصيرة التي ترتبط بالتسلسلات التكميلية على الخيوط الطويلة و"تدبيسها" في مكانها.

وجرب الباحثون الحمض النووي كمواد بناء منذ الثمانينيات، وكانت الأشكال ثلاثية الأبعاد الأولى عبارة عن مكعبات بسيطة وأهرامات وكرات قدم وهي أشكال هندسية ذات أسطح خشنة وكتلة، لكن تصميم الهياكل ذات الأسطح المنحنية الأقرب إلى تلك الموجودة في الطبيعة كان أمراً صعباً. 

وكان هدف الفريق توسيع نطاق الأشكال التي يُمكن تصميمها بهذه الطريقة، وللقيام بذلك، طور الفريق برنامجاً يسمى "DNAxiS" ويعتمد على طريقة للبناء باستخدام الحمض النووي، انشأها باحث في مرحلة ما بعد الدكتوراة في جامعة ديوك قبل 20 عاماً. 

وتعمل تلك الطريقة على لف حلزون مزدوج طويل من الحمض النووي في حلقات متحدة المركز تتراكم على بعضها البعض لتشكيل ملامح الجسم، مثلما يستخدم النحاتون لفائف من الطين لصنع وعاء أو تمثال.

ولجعل الهياكل أقوى، أتاح الفريق تعزيزها بطبقات إضافية لزيادة المتانة.

وقال الباحثون إن التطبيقات العملية لبرامج تصميم الحمض النووي الخاصة بهم في المختبر أو العيادة ربما لا تزال بعيدة لسنوات، إلا إنها خطوة كبيرة إلى الأمام في ما يتعلق بالتصميم الآلي لهياكل ثلاثية الأبعاد يُمكن استخدامها في تطبيقات طبية عديدة.