صمغ من الدنـا يساهم في التجميع الذاتي لتراكيب نانوية

[نجمة الجدي]

صمغ من الدنـا يساهم في التجميع الذاتي لتراكيب نانوية



توصّل فريق من الباحثين في جامعة هارڤرد إلى طريقة للتجميع الذاتي لتراكيب معقدة على أساس مكعبات أصغر حجمًا من حبات الملح. يُمكن لهذه الطريقة الجديدة أن تحل إحدى أصعب التحديات في هندسة الأنسجة: وهو خلق مكونات قابلة للحقن، ثم التجميع الذاتي في دعائم دقيقة التركيب، متوافقة حيويا، في موقع الإصابة للمساعدة على إعادة نمو الأنسجة البشرية.

كان المفتاح نحو التجميع الذاتي هو تطوير أول صمغ قابل للبرمجة في العالم. يتكون هذا الصمغ من الدنـا، ويقوم بتوجيه مكعبات معينة من الجِلّ المشبع بالماء كي تلتصق فقط ببعضها البعض. هذه الطريقة الجديدة للتجميع الذاتي عملت على مكعبات من الجل تبلغ من الصغر حجم حبات الطمي (وقطرها 30 مايكرون) وكذلك مكعبات تبلغ حجم حبة رمل (قطرها 1 مليمتر)، مما يؤكد على مرونتها.




يمكن لهذا الصمغ المبرمج من الدنـا أن يُستخدَم أيضا مع مواد أخرى لخلق مختلف أنواع الأجهزة الصغيرة المتجمعة ذاتيا، بما فيها العدسات والرقائق الصغرية القابلة لإعادة التعريف، إضافة للصمغ الجراحي الذي يمكنه أن يخيط فقط الأنسجة المطلوبة، كما يقول الدكتور علي خادم حسينيAli Khademhosseini ، وهو عضو مساعد في طاقم المعهد، و مؤلف رئيس لهذه الدراسة.

لتصنيع الأجهزة أو مكوناتها الجزئية، عادة ما يبدأ المصنّعون بقطعة واحدة من المادة ثم يقومون بالتعديل عليها إلى أن تمتلك الخصائص المرغوبة. وفي حالات أخرى، فهم يطبّقون نفس ستراتيجية مصنّعي السيارات، حيث يصنعون مكوّنات تمتلك الصفات المرغوبة ثم يجمّعونها لإنتاج الجهاز النهائي. وتنتج الكائنات الحية أنسجتها عبر ستراتيجية مشابهة، تتجمع فيها أنواع مختلفة من الخلايا في وحدات بناء وظيفية، تتكفل بتوليد الوظيفة الملائمة للنسيج. ففي الكبد مثلا تكون وحدات البناء الوظيفية هي وحدات نسيجية صغيرة تعرف بالفُصيصات lobules. أما في النسيج العضلي، فوحدات البناء الوظيفية هي الألياف العضلية.

يهدف الباحثون لإنتاج نظام مبرمج للتجميع الذاتي لتراكيب ميزوية—يتراوح عرض حافتها بين 30 و 1000 مايكرون (1 مليمتر). وقد ركّزوا في البداية على خلق نظام تجميع ذاتي، تتجمع فيه مكعبات من الجل المتوافق حيويا والقابل للتحلل، يُعرف بالهيدروجل، في تراكيب معقدة. وفي التطبيقات المستقبلية، يمكن لمكعبات هيدروجل صغيرة تحتوي خلايا بشرية أن تحقن في الجسم، ومن ثم تتجمّع المكعبات وتترابط الخلايا معا لتوليد نسيج وظيفي ما أن يتفكك الهيدروجل.

في مساعي سابقة لدفع مكعبات الهيدروجل نحو التجميع الذاتي، واجه العلماء تحديا: فهذه المكعبات كثيرا ما تلتصق ببعضها بدلا من الترتيب وفق المعمارية المطلوبة. كان الدنـا مثاليًا لهذه المهمة؛ إذْ لا يلتصق شريط من الدنـا بشريط آخر إلا لو امتلك الآخر سلسلة من النيوكليوتيدات المكمّلة للأول. وحتى قطعة صغيرة من الدنـا يمكن أن تحمل قدرا كبيرا من السلاسل الممكنة، مما يجعل الصمغ قابلا للبرمجة فعلا.

استخدم الباحثون إنزيمات بهدف مضاعفة قصاصة من الدنـا في قطع طويلة تعرف بـ ”الدنـا العملاق“ وتحتوي على نسخ متعددة من تلك الوصلة. وحين قاموا بطلاء مكعبات الهيدروجل بالدنـا العملاق، لم تلتصق المكعبات إلا بشريكاتها التي تم طلاؤها بالدنـا العملاق المكمّل. وبما أن العلماء قادرون على تصنيع قصاصات من الدنـا لأي سلسلة يشاؤون، فهذا يعني أن الدنـا العملاق يعمل كصمغ دنـا قابل للبرمجة.

ولتجميع مكعبات الهيدروجل في تراكيب أكبر، استخدموا مكعبات هيدروجل أصغر كروابط. حيث غلّفوا المكعب الرابط بصمغ دنـا، وربطوه بأحد الأوجه الستة لمكعب أكبر. ولم يلتصق المكعب الأكبر المجهّز بهذه الطريقة لا بمكعبات أكبر تمتلك روابطها صمغ دنـا المكمّل. لقد بلغت هذه الطريقة من التحديد درجة أن الباحثين وضعوا 25 مكعبًا متكاملا في إناء واحد، ولم تقترب المكعبات أو تلتصق إلا بشريكاتها.

Programmable glue made of DNA directs tiny gel bricks to self-assemble