من خلال العمل على أنابيب مجهرية لا يزيد عرضها على جزء من المليون من شعرة الإنسان، صمم باحثون بجامعة جونز هوبكنز طريقة للتأكد من أن هذه الأنابيب الصغيرة في مأمن من أصغر التسريبات.
وتعتبر الأنابيب الخالية من التسرب (المصنوعة من الأنابيب النانوية التي تتجمع ذاتيًا وتصلح نفسها بنفسها ويمكن أن تربط نفسها ببنى حيوية مختلفة) خطوة مهمة نحو إنشاء شبكة أنابيب نانوية قد تقدم يومًا ما الأدوية والبروتينات والجزيئات المتخصصة إلى الخلايا المستهدفة في جسم الانسان. وقد تم تحديد القياسات عالية الدقة اليوم وفق مجلة «ساينس أدفانس» حسبما نقل موقع «Eurekalert» العلمي المتخصص.
فقد أفادت أستاذة الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية ريبيكا شولمان التي شاركت بقيادة البحث الجديد «في حالتنا، يمكننا أيضًا ربط هذه الأنابيب بنقاط نهاية مختلفة لتشكيل شيء مثل السباكة… فقد عمل الفريق بأنابيب يبلغ قطرها حوالى سبعة نانومترات (حوالى مليوني مرة أصغر من النملة) وطولها عدة ميكرونات (حوالى طول جسيم الغبار)».
وتعتمد الطريقة على تقنية راسخة تعيد استخدام قطع من الحمض النووي ككتل بناء لتنمو وإصلاح الأنابيب مع تمكينها من البحث عن هياكل معينة والاتصال بها.
وقد صممت الدراسات السابقة هياكل مماثلة لإنشاء هياكل أقصر تسمى نانوبوريس nanopores. إذ تركز هذه التصميمات على قدرة المسام النانوية للحمض النووي على التحكم في نقل الجزيئات عبر الأغشية الدهنية المزروعة في المختبر والتي تحاكي غشاء الخلية.
ولكن إذا كانت الأنابيب النانوية مثل الأنابيب، فإن المسام النانوية تشبه تركيبات الأنابيب القصيرة التي لا يمكنها بمفردها الوصول إلى الأنابيب أو الخزانات أو المعدات الأخرى. لذا يتخصص فريق شولمان بتقنية النانو المستوحاة من الأحياء لمعالجة هذه الأنواع من المشاكل.
وتوضح شولمان «أن بناء أنبوب طويل من المسام يمكن أن يسمح للجزيئات ليس فقط بعبور مسام الغشاء الذي يحمل الجزيئات داخل غرفة أو خلية، ولكن أيضًا لتوجيه هذه الجزيئات بعد مغادرة الخلية. لقد تمكنا من بناء أنابيب تمتد من مسام أطول بكثير من تلك التي تم بناؤها من قبل والتي يمكن أن تجعل نقل الجزيئات على طول الطرق السريعة للأنابيب النانوية أقرب إلى الواقع».
وفي هذا الاطار، تتكون الأنابيب النانوية باستخدام خيوط الحمض النووي المنسوجة بين حلزونات مزدوجة مختلفة. إذ تحتوي هياكلها على فجوات صغيرة مثل مصائد الأصابع الصينية. وبسبب الأبعاد الصغيرة للغاية، لم يتمكن العلماء من اختبار ما إذا كانت الأنابيب قادرة على نقل الجزيئات لمسافات أطول دون تسريب أو ما إذا كانت الجزيئات يمكن أن تنزلق عبر فجوات جدرانها.
من أجل ذلك، قام الدكتور يي لي المتخصص بالهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية بجامعة جونز هوبكنز الذي شارك في قيادة الدراسة، بتغطية نهايات الأنابيب بـ«سدادات» DNA خاصة، كما قام بتشغيل محلول من جزيئات الفلورسنت لسد نهاية الأنبوب وتشغيل صنبور للتأكد من عدم تسرب المياه من خلالها ولتتبع معدلات التسرب والتدفق.
ومن خلال القياس الدقيق لشكل الأنابيب وكيفية ارتباط جزيئاتها الحيوية بمسامات نانو محددة ومدى سرعة تدفق المحلول الفلوري، أوضح الفريق كيف نقلت الأنابيب الجزيئات إلى أكياس صغيرة مزروعة في المختبر تشبه غشاء الخلية. حيث انزلقت الجزيئات المتوهجة من خلال شلال مثل الماء.
ويبين لي «الآن يمكننا أن نسمي هذا أكثر من نظام السباكة، لأننا نوجه تدفق مواد أو جزيئات معينة عبر مسافات أطول بكثير باستخدام هذه القنوات. نحن قادرون على التحكم في وقت إيقاف هذا التدفق باستخدام بنية DNA أخرى ترتبط على وجه التحديد بتلك القنوات لإيقاف هذا النقل، والعمل كصمام أو سدادة».
يمكن للأنابيب النانوية للحمض النووي أن تساعد العلماء على اكتساب فهم أفضل لكيفية تفاعل الخلايا العصبية مع بعضها البعض. كما يمكن للباحثين أيضًا استخدامها لدراسة أمراض مثل السرطان، ووظائف أكثر من 200 نوع من الخلايا في الجسم.
وسيجري الفريق بعد ذلك دراسات إضافية على الخلايا الصناعية والحقيقية وكذلك مع أنواع مختلفة من الجزيئات.