عالِم من وايل كورنيل للطب قطر يبتكر أصغر مثقاب في العالم

تمكّن الدكتور محمد يوسف، الأستاذ المشارك للفيزياء في وايل كورنيل للطب - قطر، من ابتكار أصغر مثقاب في العالم بالتعاون مع علماء دوليين من جامعة أوريغون، ومركز ساوث ويسترن الطبي بجامعة تكساس ومعهد ماكس بلانك للبيولوجيا التطورية في ألمانيا وجامعة ساثورن إلينوي في إدواردسفيل.

والمثقاب المبتكر يقلّ في حجمه عن عرض الشعرة البشرية بمقدار 50.000 مرة ويبلغ طوله نانومترين وهو ثمرة عشر سنوات من البحوث، إذ يأمل مبتكروه أن يكون له تطبيقات في إيصال الدواء إلى أجزاء مستهدفة داخل جسم الإنسان.  

وقد ابتكر فريق الباحثين المثقاب النانويي من أجزاء البروتين بعد أن عكفوا على دراسة البروتينات وتفسير هيكليتها. وفي خضم بحوثهم اكتشفوا إمكانية إعادة تسخير البروتين لغرض جديد واستخدامات بديلة. وباستخدام بروتين يقوم بطبيعته بنخر جدران الخلايا البكتيرية، قام الباحثون بهندسة مقطع منه ليتصرف بشكل مختلف.

وفي هذا الصدد، قال الدكتور يوسف، وهو المؤلف الرئيس للورقة البحثية عن المثاقب النانوية: "رأينا في هيكلية البروتين ما يشبه "الزنبرك أو الحلزون" الظاهر على سطحه، ما جعله مثالياً لعملنا، كما رأينا أن مقطعاً من هذا الزنبرك يضيق وتتقيّد حركته عند تعرضه لمادة كيميائية تُعرف باسم جوانيدين، إذ تقوم هذه المادة في الأساس بتثبيت جزء من الزنبرك. وعند إزالة الجوانيدين يتحرك الزنبرك نحو اليسار، وعند إضافة الجوانيدين مجدداً، يثبت الزنبرك ثم يتحرك نحو اليمين. وهذه الحركة مماثلة لما نشاهده عند استخدام مثقاب الحفر".

وعلى الرغم من أن فريق الباحثين تيقن من حدوث هذه الحركة ولديه صور ثابتة للزنبرك في مواضعه المختلفة، إلا أنه لم يكن مدركاً لتفاصيل الحركة نفسها. وسيواصل الدكتور يوسف وفريق الباحثين عملهم لمشاهدة "الفيلم" الكامل من أجل معاينة المثقاب أثناء قيامه بعمله.

وفي هذا الصدد، قال الدكتور يوسف: "التقطنا صوراً ثابتة لوضعية "التشغيل" ووضعية "التعطيل"، غير أننا لم نكن على دراية بما يحدث بين الوضعيتين، ومثل هذه المعرفة جوهرية للتصميم المراد إذا ما أردنا استخدام المثقاب في تطبيقات عملية ومعرفة كيف يتحرك الزنبرك بدقة بين الموضعين. كنا بحاجة إلى تصوير متحرّك وليس مجرد صور ثابتة، فقد كان من المتوقع أن يتفكك المثقاب ككل، وهو أمر غير مرغوب به".

استعان فريق الباحثين بالحوسبة الفائقة لحل هذه المشكلة وتمكّن بالفعل من مشاهدة صور متحركة ترصد حركة الزنبرك لأول مرة. وقال يوسف في هذا الإطار: "لدينا الآن اللقطات الأولى من الفيلم، ونعرف أول لقطة وآخر لقطة بل ولدينا أجزاء من الفيلم نفسه. والحركة بحدّ ذاتها مهمة للغاية لأنها على امتداد هيكلية البروتين برمته، وحتماً ستكون لدينا تطبيقات لذلك. أتصور أنه يمكن استخدام هذا الابتكار في التدابير الجراحية طفيفة التوغل وفي الطب الشخصي وفي استهداف فرادى خلايا جسم الإنسان بعقاقير دوائية كما يمكن استخدامه أيضاً ليقوم بوظيفة المجسّات البيولوجية".