علماء يطورون جزيئا قابلا للذوبان بالماء يعمل في التصوير بالرنين المغناطيسي والفلوري
© AP Photo / Marco Garcia
تابعنا عبر
طور باحثون بقيادة فريق من جامعة "كيوشو" اليابانية، جزيئات قابلة للذوبان في الماء وخالية من المعادن، يمكن رصدها عبر التصوير الفلوري مع تعزيز التباين في صور الرنين المغناطيسي في آن واحد.
أنتجت المركبات الجديدة وميضاً فلورياً أحمر داكناً في الماء، وحسّنت تباين الصور (في النماذج الاختبارية/الفانتوم) بمقدار يتراوح بين 2.5 و4.5 ضعفاً مقارنةً بجذور (TTM) الحرة القابلة للذوبان في الماء والتي أُعلن عنها سابقاً.
لماذا تجمع بين طريقتين للتصوير؟
غالباً ما توفر تقنيات التصوير الطبي جوانب مختلفة للصورة البيولوجية ذاتها.
التصوير الفلوري: يمكنه الكشف عن الخلايا والعمليات البيولوجية بدقة عالية جداً، إلا أن الضوء لا يخترق الأنسجة إلا لأعماق محدودة.
أما التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI): فيمكنه تصوير البنى الموجودة في أعماق الجسم، لكنه عادةً لا يضاهي التصوير الفلوري في القدرة على رصد الخلايا الفردية، كما يعتمد التصوير بالرنين المغناطيسي غالباً على عوامل تباين تحتوي على معادن بارامغناطيسية مثل الجادولينيوم، والتي قد تسبب آثاراً جانبية في بعض الحالات.
ومن هنا، واجه الباحثون تحدياً مثيراً للاهتمام: هل يمكن لجزيء واحد خالٍ من المعادن أن يوفر إشارات مفيدة لكل من التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير الفلوري؟
نجح فريق بقيادة الأستاذ المشارك كين ألبريشت، من معهد كيمياء وهندسة المواد بجامعة كيوشو، في تطوير جزيئات صُممت خصيصاً لتحقيق هذا الهدف.
جزيء واحد يؤدي وظيفتين مختلفتين تماما
يُعد الجمع بين التصوير الفلوري والرنين المغناطيسي أمراً صعباً؛ نظراً لأن كلتا التقنيتين تعتمدان على آليات فيزيائية مختلفة. في التصوير الفلوري، يمتص الجزيء الضوء ثم يعيد إصداره بطول موجي مختلف، مما يولد إشارة يمكن رصدها بصرياً.
في المقابل، يعتمد التصوير بالرنين المغناطيسي على رصد إشارات مرتبطة بالدوران الجزيئي (اللف المغزلي) لذرات الهيدروجين الموجودة في جزيئات الماء المنتشرة في أنحاء الجسم، وتعمل مواد التباين على تعديل هذه الإشارات، مما يسهّل تمييز البنى المختلفة.
وأوضح ألبريشت قائلاً: "لقد طورنا جزيئاً يمتلك خصائص كل من التصوير الفلوري والتصوير بالرنين المغناطيسي"، مشيراً إلى أن الجمع بينهما يمثل تحدياً كبيراً تحديداً بسبب اختلاف الآليات الأساسية التي تعتمد عليها كل تقنية، وركز الباحثون على الجذور العضوية المضيئة، وهي فئة من الجزيئات التي تجمع بين خاصيتي التألق والدوران الجزيئي.
هذا المزيج يجعلها مثيرة للاهتمام بشكل خاص في التصوير المزدوج. مع ذلك، واجهوا عقبة رئيسية: كانت النسخ السابقة كارهة للماء، أي أنها لم تذوب جيدًا في الماء، وهو ما يمثل قيدًا خطيرًا للتطبيقات البيولوجية.
إعادة تصميم الجزيء للاستخدام البيولوجي
عمل الفريق على ثلاثي (2،4،6-ثلاثي كلورو فينيل) ميثيل، أو (TTM)، وهو جذر عضوي مضيء قادر على التألق، كما أنه يعمل كمادة تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي.
وفقًا لألبريشت، أظهرت جزيئات الجيل الأول أداءً جيدًا نسبيًا في التصوير بالرنين المغناطيسي، لكنها أنتجت تألقًا ضعيفًا للغاية. لذا، أعاد الباحثون تصميم البنية الجزيئية لتحسين خاصيتين في آن واحد: الذوبان في الماء والنشاط الفلوري. قاموا بإنتاج مركبين، هما (TTM-tisTP3B) و(TTM-trisTP9B)، يحتوي كل منهما على مجموعات قابلة للذوبان في الماء تمتد في ثلاثة اتجاهات.
أظهر كلا المركبين تألقًا أحمر داكنًا في الماء، ثمتم اختبار أحدهما، وهو (TTM-trisTP3B)، في خلايا حية. وقد أظهر تألقًا حول نواة الخلية، واستمر هذا التألق لمدة 24 ساعة على الأقل.
تحسين تباين التصوير بالرنين المغناطيسي بما يصل إلى 4.5 ضعف
كما تم تقييم خصائص الجزيئات في التصوير بالرنين المغناطيسي. في صور محاكاة التصوير بالرنين المغناطيسي التجريبية، زاد كلا المركبين التباين بما يتراوح بين 2.5 إلى 4.5 ضعف مقارنةً بجذور (TTM) القابلة للذوبان في الماء التي تم الإبلاغ عنها سابقًا.
تُعد هذه النتيجة مهمة لأن نفس التصميم الجزيئي وفّر إشارات مفيدة من خلال تقنيتين تصوير مختلفتين تمامًا، فبدلاً من استخدام عامل تباين للتصوير الفلوري وآخر للتصوير بالرنين المغناطيسي، يبحث الباحثون إمكانية استخدام جزيء واحد لفحص الهدف البيولوجي نفسه بطرق تكميلية.
يُمكن للتصوير بالرنين المغناطيسي توفير معلومات من أعماق الأنسجة، بينما يُمكن للتصوير الفلوري الكشف عن تفاصيل أدق بكثير في المناطق التي يُمكن فيها استخدام التصوير البصري.
أهمية استخدام عامل تباين خالٍ من المعادن
يُعدّ غياب المعادن جانبًا مهمًا آخر في تصميم هذا العامل. قد تحتوي مواد التباين المستخدمة حاليًا في التصوير بالرنين المغناطيسي على معادن بارامغناطيسية مثل الغادولينيوم. تعتمد المركبات الجديدة بدلاً من ذلك على الجذور العضوية لتوفير خصائص "اللف المغزلي الجزيئي" (molecular-spin properties) اللازمة للتصوير بالرنين المغناطيسي.
ويرى الباحثون أن هذا قد يمهد الطريق لتطوير عوامل تباين مستقبلية متعددة الوظائف وربما أقل سمية. ومع ذلك، لا ينبغي اعتبار هذا الاحتمال دليلاً -في الوقت الراهن- على أن الجزيئات الجديدة أكثر أماناً من عوامل التباين السريرية المستخدمة حالياً.
لم يتم بعد تحديد خصائص السلامة، والتوزيع في الجسم، والتمثيل الغذائي، والاستقرار، وعمليات الإطراح (التخلص من المادة) سواء في الحيوانات أو البشر.
الخطوة التالية تتجاوز نطاق أطباق المختبر
وصف ألبريشت النتائج بأنها إثبات مهم لمبدأ التصوير المزدوج (الذي يجمع بين التألق والرنين المغناطيسي) باستخدام مواد خالية من المعادن. وتتمثل الخطوة الرئيسية التالية في إجراء اختبارات على الحيوانات.
وستكون هذه الدراسات ضرورية لتحديد ما إذا كانت الجزيئات تحافظ على خصائصها التصويرية داخل كائن حي متكامل، وما إذا كانت تتمتع بالملاءمة البيولوجية الكافية لتبرير مواصلة تطويرها.
كما يشير الباحثون إلى أن الجذور العضوية المتألقة (luminescent organic radicals) تثير اهتماماً يتجاوز المجال الطبي ليشمل مجالات أخرى، مثل علوم المعلومات الكمومية والمواد الإلكترونية المتقدمة؛ إذ يمكن للخصائص الجزيئية ذاتها أن تسهم في نهاية المطاف في تطوير تقنيات الاستشعار الكمومي.
