پژوهشگران مؤسسه فناوری کالیفرنیا با ابداع روشی ساده و کمهزینه، نسل جدیدی از رباتهای میکروسکوپی را طراحی کردهاند که میتوانند مانند زیردریاییهای هوشمند در بدن حرکت کرده و داروهای شیمیدرمانی را مستقیماً به تومورهای سرطانی برسانند. این دستاورد علمی که در ژورنال معتبر «نیچر نانوتکنولوژی» منتشر شده، نویدبخش تحولی بزرگ در عرصه مبارزه با سرطان بدون عوارض جانبی گسترده است.
رباتهای حبابی؛ نسل جدید میکرورباتهای هوشمند
پژوهشگران با الهام از ساختار ساده حبابها، نسل جدیدی از رباتهای میکروسکوپی را طراحی کردهاند که از جنس پروتئین ساخته شده و به شکل حباب هستند. این میکرورباتها با استفاده از سوختهای طبیعی بدن مانند اوره به پیش رانده میشوند و بهطور خودکار یا با کمک میدان مغناطیسی، تومورهای سرطانی را پیدا کرده و داروهای شیمیدرمانی را مستقیماً به آنها تزریق میکنند. موفقیت اولیه این فناوری در درمان تومورهای مثانه موشها، امیدها را برای تحولی بزرگ در عرصه پزشکی افزایش داده است.
تحولی در دارورسانی هدفمند با رباتهای میکروسکوپی
پتانسیل رباتهای میکروسکوپی یا میکرورباتها در حوزه پزشکی بسیار گسترده ارزیابی میشود. این اجسام ریز میتوانند برای انجام مأموریتهایی در درون بدن، از جمله حسکردن نشانگرهای زیستی، دستکاری اجسامی مانند لختههای خون یا تحویل هدفمند داروها به محل تومورها طراحی شوند. با این حال، چالش اصلی، ساخت میکرورباتهایی کارآمد، سازگار با بافتهای زیستی و در عین حال مقرونبهصرفه بوده است که تیم تحقیقاتی مؤسسه فناوری کالیفرنیا به رهبری «وی گائو» توانسته است با رویکردی نوآورانه بر این چالش غلبه کند.
روشی سادهتر و هوشمندتر برای ساخت میکرورباتها
تیم تحقیقاتی به رهبری وی گائو، استاد مهندسی پزشکی در مؤسسه فناوری کالیفرنیا، پیش از این با استفاده از تصویربرداری اولتراسوند و هدایت مغناطیسی، رباتهای چاپ سهبعدی مینیاتوری را برای رهاسازی داروهای ضدسرطان در مدلهای حیوانی به کار گرفته بود. اما اکنون، این تیم به رویکردی سادهتر و در عین حال هوشمندتر دست یافته است. گائو در این باره میگوید: «ما فکر کردیم، چه میشود اگر این سیستم را حتی سادهتر کنیم و فقط خود حباب را به یک ربات تبدیل کنیم؟ تولید حبابها آسان است و از قبل میدانیم که با بدن سازگاری بسیار خوبی دارند.»
موتور زیستی؛ چگونه رباتهای میکروسکوپی در بدن شنا میکنند؟
محققان با استفاده از یک پروب اولتراسوند، محلولی متشکل از پروتئین سرم آلبومین گاوی را به هم زدند تا هزاران حباب میکروسکوپی با پوستهای پروتئینی ایجاد کنند. سپس آنزیم اورهآز را به سطح این رباتهای حبابی متصل کردند. اورهآز مانند یک موتور کوچک عمل کرده و واکنشی با اوره – یک محصول زائد فراوان در بدن که به مثابه سوخت زیستی برای رباتها عمل میکند – انجام میدهد. این واکنش آمونیاک و دیاکسید کربن تولید میکند و از آنجا که اورهآز بهطور یکنواخت روی سطح حبابها توزیع نشده، محصولات در یک سمت بیشتر تجمع یافته و عدم تعادل شیمیایی ایجاد میکنند که منجر به حرکت رو به جلوی میکرورباتها میشود.
دو روش کنترل حرکت: هدایت مغناطیسی و هدفگیری خودکار
پژوهشگران با اتصال به گروههای آمین روی سطح پروتئین، دو نوع میکروربات با روشهای مختلف کنترل حرکت ساختند. در نسخه اول، نانوذرات مغناطیسی به سطح رباتها متصل شد که آنها را نسبت به میدان مغناطیسی پاسخگو میکند. با کمک تصویربرداری اولتراسوند، میتوان این رباتها را با آهنرباهای خارجی به سمت هدف مشخصی در بدن هدایت کرد. در نسخه دوم، تیم تحقیقاتی آنزیم کاتالاز را به سطح میکرورباتها متصل کرد. کاتالاز با پراکسید هیدروژن – که در تومورها و مناطق التهابزده به میزان بالایی تولید میشود – واکنش داده و آب و اکسیژن تولید میکند. از طریق رفتاری که به «شیمیگرایی» معروف است، حبابهای مجهز به کاتالاز بهطور خودکار به سمت غلظتهای بالاتر پراکسید هیدروژن حرکت میکنند و مستقیماً به سمت تومورها راهنمایی میشوند.
موفقیت در درمان تومورهای مثانه موشها
تیم گائو کارایی این دو طرح را در مدلهای حیوانی مبتلا به تومور مثانه آزمایش کرد. نتایج نشان داد که هر دو نوع ربات حبابی قادرند با موفقیت داروی ضدسرطان دوکسورابیسین را به محل تومور برسانند و رشد تومور را به میزان قابل توجهی مهار کنند. این رباتهای سادهشده نهتنها در تولید انبوه مقرونبهصرفهتر هستند، بلکه بهلطف ماهیت پروتئینی خود، زیستسازگاری بالایی دارند و پس از انجام مأموریت نیز بهراحتی تجزیه میشوند.
آینده پزشکی با رباتهای میکروسکوپی هوشمند
این دستاورد نویدبخش، افقهای تازهای در عرصه دارورسانی هدفمند و شخصیسازیشده برای بیماریهایی مانند سرطان گشوده است. امکان هدایت خودکار یا کنترل از راه دور این نسل جدید رباتها به سمت کانون بیماری، عوارض جانبی درمانهای سیستمیک کنونی را به حداقل میرساند و کارایی دارو را به شکل چشمگیری افزایش میدهد. با وجود نیاز به تحقیقات بیشتر و آزمایشهای بالینی، به نظر میرسد رباتهای حبابی در آیندهای نهچندان دور، به سربازان نامرئی و فوقهوشمندی تبدیل شوند که در جریان خون بیماران گشتزنی کرده و بیماری را در نطفه هدف میگیرند. این فناوری گامی بلند به سوی تحقق پزشکی دقیق و کمتهاجمی است.
مهدی رضایی
او فارغالتحصیل رشته مهندسی نرمافزار است و فعالیت حرفهای خود را در عرصه رسانه از سال ۱۳۹۷ به عنوان نویسنده در یک وبلاگ تخصصی فناوری آغاز کرده است. وی پس از کسب تجربه، به خبرگزاریهای معتبر پیوست و در حال حاضر، خبرنگار حوزه نرمافزار و هوش مصنوعی در یک مجله تکنولوژی برجسته است.
