مستوحى من أوراق اللوتس.. تطوير نظام جديد خاص بأبحاث السرطان

تعتبر ورقة اللوتس رائدة في مجال هندسة التنظيف الذاتي والطاردة للماء، إذ إن  قطرات الماء تحوم تقريبًا على سطحه، الذي يحبس نسيجه الفريد الهواء في حوافه وطياته النانوية.

أفاد مهندسون بيولوجيون في جامعة رايس بتسخير تأثير اللوتس لتطوير نظام لزراعة مجموعات الخلايا السرطانية التي يمكن أن تلقي الضوء على خصائص الورم التي يصعب دراستها.

وحسب ما نشره موقع ميديكال إكسبريس، يحاكي سطح الاستزراع الجديد المعتمد على أكسيد الزنك بنية سطح ورقة اللوتس، مما يوفر منصة قابلة للضبط بدرجة عالية لتوليد إنتاجية عالية لنماذج الأورام النانوية ثلاثية الأبعاد.

يمكن استخدام جهاز المصفوفة فائق الكارهة للماء (SHArD) الذي صممه المهندس الحيوي رايس مايكل كينج ومعاونوه لإنشاء نماذج قابلة للضبط ومدمجة وذات صلة من الناحية الفسيولوجية لدراسة تطور السرطان، بما في ذلك النقيلة - وهي المرحلة في المرض عندما تنتقل الخلايا السرطانية عبر مجرى الدم من موقع الورم الرئيسي إلى أجزاء أخرى من الجسم.

دراسة النقائل

وقال كينج، وهو المؤلف المقابل لدراسة نشرت في مجلة ACS Nano والتي تصف النقائل: "إن دراسة النقائل - السبب الرئيسي لوفيات السرطان - تشكل تحديا خاصا ويرجع ذلك جزئيا إلى صعوبة تطوير نماذج دقيقة وعالية الإنتاجية".

وأضاف: "نأمل أن تفتح هذه الأداة معارف جديدة حول هذه المرحلة الإشكالية من المرض وتساعدنا على تحديد طرق التدخل لوقفه أو منع حدوثه".

يعتمد العلماء والأطباء الآن على عينات الدم التي تحتوي على خلايا سرطانية منتشرة - وهي علامة رئيسية لورم خبيث - لفهم خصائص الأورام الأولية وكذلك أسباب انتشار السرطان.

غالبًا ما يشار إليه باسم "الخزعة السائلة"، فإن نهج أخذ العينات هذا لا ينتج عادةً ما يكفي من "الصيد" لتمكين إجراء دراسات متعمقة وواسعة النطاق للعمليات النقيلية.

وقالت ألكسندريا كارتر، الباحثة في مختبر كينج والمؤلفة المشاركة في الدراسة: "إن السلامة في الأرقام تنطبق للأسف أيضًا على الخلايا السرطانية المنتشرة في مجرى الدم، ومن المرجح أن تستسلم الخلايا السرطانية التي تسافر بمفردها لتدمير إجهاد القص أو هجمات الخلايا المناعية، ومع ذلك، عندما تسافر في مجموعات، تزداد احتمالية وصولها واستقرارها بنجاح في أجزاء أخرى من الجسم".

وأضافت: "إن تلك الخلايا السرطانية القليلة في سحب دم واحد نادرة بالفعل، لذا فإن عزل مجموعات كافية لإجراء دراسة تفصيلية يمثل تحديًا خاصًا، ولهذا السبب تعد SHArD أداة جديدة ومثيرة لفهم السرطان الأولي والمنتشر".

نجح مختبر كينج سابقًا في إنشاء طبقات نانوية من الهالويسيت، وهي مادة تحدث بشكل طبيعي يعزز قوامها التصاق الخلايا السرطانية المنتشرة بينما يطرد خلايا الدم في نفس الوقت.

تولت ماريا لوبيز-كافيستاني، وهي طالبة دكتوراه في مختبر كينج، المشروع لاحقًا، وانطلقت في اتجاه مثير.

بمجرد أن تمكنوا من زراعة "سجادة" مستقرة من أنابيب أكسيد الزنك النانوية، أضاف الباحثون طبقة تشبه التيفلون في الأعلى، مما أدى في جوهره إلى إعادة إنشاء بنية ورقة اللوتس - خشونة على المستوى النانوي مدمجة مع طبقة كارهة للماء أدت معًا إلى ظهور كارهة الماء الفائقة الحقيقية، وهي كلمة مشتقة من اليونانية وتعني "الخوف الشديد من الماء".

لإنشاء SHard، أضاف الباحثون شبكة ميكروويل ذات حجيرات ذات حجم مثالي، ثم اختبروا النظام لتقييم أدائه.

وقال كارتر: "إن SHARD جاهز للاستخدام في أبحاث الطب الحيوي، ويمكن لأي مختبر لديه إمكانية الوصول إلى غرفة نظيفة اتباع بروتوكولاتنا وإنشاء إصدارات من هذه المنصة التي تلبي الاحتياجات الدقيقة لمشاريعهم البحثية المحددة".

كان المقصود في البداية أن يكون وسيلة لزراعة نماذج الورم الأولية بشكل موثوق وبإنتاجية أعلى، كما أن SHArD قابل للضبط بدرجة كبيرة ويمكن تكييفه بسهولة مع مجموعات الثقافة النقيلية أيضًا.

إن حقيقة استخدام SHArD بنجاح لتنمية نماذج كروية للأورام الأولية تعمل بالفعل على توسيع مجموعة أدوات نمذجة السرطان، مما يجعل من الممكن إنشاء أجهزة زراعة فائقة الكارهة للماء في غياب معدات متخصصة للغاية.

وقال كينج: "لقد فتح جهاز تشكيل الكتلة الباب أمام مجالات بحث جديدة في المجموعات الخطيرة الموجودة في مجرى الدم لدى مرضى السرطان في مرحلة متأخرة".