الثورة الابتكارية: ما الذي وفرته نقاط الكم للاختراق في مجال الطب

وتدرس الجامعة القومية للبحوث النووية "معهد موسكو للفيزياء والهندسة" "ميفي" بشكل فعال إمكانيات استخدام نقاط الكم في مجال الطب البيولوجي.

نقاط الكم (أيضا تسمى "الذرات الاصطناعية") — هي بلورات نصف موصلة ذات حجم صغير، حيث أن الإلكترونات محدودة الحركة بداخلها في القياسات الثلاثة. هذا يقارن بالكرة الموجودة في العلبة، التي يمكن أن توجد بين جدرانها. مصطلح "الكم" في هذه الحالة يعني ان الصفات المختلفة لهذه النقاط، مثل العدسية والكهربائية تتغير بموجب حجمها.

تم اكتشاف نقاط الكم في الخمسينات من القرن العشرين. كانت لفترة طويلة كائنات سلبية لدراسة الفيزيائيين. بعد ذلك تعلم الكيميائيون تجميع نقاط الكم، عبر تحديد الأحجام والتحكم بهذا النمط بخصائصهم الفيزيائية والكيميائية. لكن استخدام نقاط الكم في البيولوجيا والطب ابتدأ بعد أن اكتشفت وسيلة تذويبها بالماء والسوائل البيولوجية وايضا مراقبة حجمها، بما يعني تحديد خصائصها الفيزيائية ايضا اثناء عملية انشائها.

غالبا ما كانت تستخدم نقاط الكم الغروية بالطب — البلورات الابتكارية المحصول عليها عن طريق المركب الكيميائي عالي الحرارة. في البيئة المسخنة التي تحتوي على مرحلتين طوريتين أو اكثر، حيث يرشون المكونات مع الكواشف الكيميائية الضرورية. بالنتيجة يحصل تفاعل كيميائي سريع مع تشكيل نواة المرحلة التطورية الصلبة. هذه هي اسس لبلورات نقاط الكم. فيما بعد تنمو الجزيئات ومع ذلك يتحكم بحجمهم بدقة حتى 10%. الحجم المتوسط لنقاط الكم الملائم للاستخدام في الطب يشكل من اثنينو نصف حتى خمسة نانومتر. تعتمد الخصائص العدسية على الحجم: أثناء الإشعاع الخارجي على البلورات الابتكارية فإنها تضيء بضوء بنفسجي، اما الكبرى — بالأحمر.

العوائق الرئيسية لإدخال معظم الجزيئات الابتكارية لجسم الانسان — دقتها بالنسبة للخلايا الحية، بغض النظر عن اي عنصر كيميائي  يدخل في مكوناتها. الحديث يدور عن السموم الابتكارية (التأكسدات). الجزيئات الابتكارية تمتلك احجاما صغيرة جدا على غرار حجم الجزيئات البيولوجية. يلصقون بالبلورات الابتكارية بروتيناتنا الخاصة، ومع ذلك يقلبونها رأسا على "عقب" الأمر الذي يؤدي الى ردة فعل شديدة في نظام المناعة الذي يحاول تدمير البروتين "الغريب".

الجزيئات الابتكارية يمكن أن تصبح مراكزا لتشكيل خيوط (الياف) وبروتينات ملتوية بشكل كروي تشبه اللوحات اللواتي تتكون اثناء مرض الزهايمر والقادرة على توقيف نقل النبضة العصبية. مع "جاذبية" البروتينات فإن البلورات الابتكارية تكافح بشكل مختلف. مثال، يحاولون في الجامعة القومية للبحوث النووية "معهد موسكو للفيزياء و الهندسة" "ميفي" ان يعملوا سطح الجزئيات الى حد اقصى "غير جذاب" من أجل تلصيق البروتينات وأيضا تجنب التصاقها. ومع ذلك يجب ان يكون حجمها ضمن الاحجام المحددة (2,5 — 5 نانومتر), من اجل اخراج البلورات من الجسم باحتمالية قريبة من 100%..

على الارجح انه لا يمكن حل مشكلة سموم المواد الابتكارية. لكن بوادر استخدامها في الطب دائما تحدد بمقارنة الخصائص السلبية والايجابية، اللواتي من الممكن استخدامها في التشخيص و العلاج. من الواضح أن الأدوية المضادة للأورام تشكل تهديدا كبيرا لصحة أنسجة الجسم, لكن يستحال تدمير الورم بطريقة اخرى! لذلك فان مهمة الفنيين البيولوجيين الابتكاريين تتلخص في تخفيض تأثير الماد السامة على صحة الخلايا و الجسم. لكن نضطر ان نغامر من اجل أن نحصل في النهاية على فرص أكثر لإنقاذ حياة وصحة الانسان" — قالوا الى "سبوتنيك" كل من ايغور نابييف رئيس مختبر الهندسة البيولوجية الابتكارية التابع للجامعة القومية للبحوث النووية " معهد موسكو للفيزياء و الهندسة" "ميفي" والبروفيسور شامبان اردين من جامعة ريمسكي (فرنسا).

في الوقت الحالي يصممون في الجامعة القومية للبحوث النووية " معهد موسكو للفيزياء والهندسة" "ميفي" مشروعا لإنشاء الناقلات التي تحتوي على ميكروكبسولات معبئة بالدواء وجدرانها تحتوي على جزئيات ابتكارية مغناطيسية و فضية و ايضا نقاط الكم المشعة و الفلورسنت. بفضل الاخيرة فان الكبسولات تضيء الامر الذي يمكن من تسجيل مكان تواجدها اما الجزيئات يتحكم بها من خلال المغناطيس عبر تحريك الكبسولة كلها الى موقع الورم. بمساعدة الحقل المغناطيسي المتناوب او حقل الموجات الفوق صوتية يمكن تسخينها و فتحها في تلك اللحظة عندما تصل الى الهدف.

يلاحظ، أن نقاط الكم لا "تتعايش" في مرحلة البحوث: على أساس البلورات الابتكارية يصممون عمليا وبشكل حيوي أجهزة محددة للاستخدام. حاليا ينشؤون في الجامعة القومية للبحوث النووية " معهد موسكو للفيزياء والهندسة" "ميفي" سلسلة كاملة من المعدات القادرة على اكتشاف بآن واحد كمية كبيرة من مسببات الأمراض. هذه المعدات تقدر أن تحدد عددا من الأوباء فقط بجرعة واحدة من الهواء. يخطط لإنشاء سلسلة من هذه المعدات خلال الاعوام 2019 — 2020 م.