قد تكتشف هذه المستشعرات الصغيرة السرطان مبكرًا

يستخدم بحث جديد مستشعرات نانوية لاكتشاف التفاعلات بين البروتين والبروتينات التي قد تشير إلى الإصابة بالسرطان. قد تكون النتائج مفيدة بشكل خاص في تحديد ابيضاض الدم الليمفاوي في وقت مبكر.

قد تساعد المستشعرات النانوية في الكشف عن خلايا الدم اللوكيميا (كما هو موضح هنا).

السرطان هو أحد الأسباب الرئيسية للوفاة في كل من الولايات المتحدة وفي جميع أنحاء العالم. وفقًا للمعهد الوطني للسرطان ، كان هناك أكثر من 8 ملايين حالة وفاة مرتبطة بالسرطان في جميع أنحاء العالم في عام 2012 ، وقد يموت أكثر من 600000 شخص في الولايات المتحدة بسبب المرض في عام 2018.

يعد الاكتشاف المبكر لهذا المرض الذي يهدد الحياة أمرًا بالغ الأهمية ، ويعمل علماء الطب بجد على ابتكار طرق أحدث وأكثر فاعلية لتشخيص السرطان في أسرع وقت ممكن.

الآن ، يستخدم بحث جديد أجهزة استشعار صغيرة لاكتشاف التغيرات الجزيئية الدقيقة التي قد تكون مؤشرا على الإصابة بالسرطان.

ليفيو موفيليانو ، أستاذ الفيزياء في كلية الآداب والعلوم في جامعة سيراكيوز في نيويورك ، مع أفيناش كومار ثاكور ، باحث دكتوراه في الفيزياء في سيراكيوز ، يوضحان بالتفصيل دور هذه المستشعرات النانوية في بحث نُشر في المجلة. التكنولوجيا الحيوية الطبيعة.

كما يوضح البروفيسور موفيليانو ، قد تكون المستشعرات النانوية مفيدة بشكل خاص في الكشف عن ابيضاض الدم الليمفاوي ، وهو نوع من السرطان يبدأ في نخاع العظام وينتشر في الدم.

في الولايات المتحدة ، من المحتمل حدوث ما يقرب من 21000 حالة جديدة من سرطان الدم الليمفاوي في عام 2018 ، وقد يموت أكثر من 4500 شخص نتيجة لذلك.

كيف تعمل مستشعرات النانو

يمكن لمستشعرات النانو التي نشأت في مختبر البروفيسور موفيليانو اكتشاف ما يسمى تفاعلات البروتين إلى البروتين (PPIs) ، أي العمليات الضرورية لنمو الخلايا.

يشير ما يسمى التفاعل إلى "الخريطة الكاملة لتفاعلات البروتين التي يمكن أن تحدث في كائن حي." تعتبر Interactomics - أو رسم خرائط التفاعل ، باستخدام أحدث التقنيات التكنولوجية والحاسوبية - مجالًا فرعيًا مزدهرًا للفيزياء الحيوية التي تدرس عواقب هذه التفاعلات.

تعتمد مثبطات مضخة البروتون على مجموعة متنوعة من العوامل ، مثل نوع الخلية ومرحلة نموها والظروف البيئية. بعض مثبطات مضخة البروتون مستقرة ، ولكن البعض الآخر عابر.

على سبيل المثال ، التفاعلات اللازمة لتنشيط التعبير الجيني أو تلك التي تؤثر على إشارات الخلية وتطور الخلايا السرطانية هي تفاعلات عابرة ، مما يعني أنها تدوم حوالي مللي ثانية فقط.

تجعل الطبيعة العابرة لمؤشرات أسعار المنتجين هذه من الصعب اكتشافها بالطرق المتاحة حاليًا.

ومع ذلك ، فإن المستشعرات النانوية التي نشأت من مختبر البروفيسور موفيليانو تتجاوز هذه العقبة عن طريق إنشاء فتحة صغيرة في غشاء الخلية يمر من خلالها التيار الكهربائي.

عندما تمر البروتينات عبر هذه الفتحات الصغيرة أو المسامات النانوية ، فإنها تغير شدة التيار الكهربائي. تكشف هذه التغييرات هوية وخصائص كل بروتين.

يقول البروفيسور Movileanu ، الحاصل على درجة الدكتوراه: "إن البيانات التي تم الحصول عليها من عينة بروتين واحدة هائلة". حصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء التجريبية من جامعة بوخارست في رومانيا ، وهو حاليًا عضو في مجموعة أبحاث الفيزياء الحيوية والمواد الحيوية في قسم الفيزياء في سيراكيوز.

يتابع الباحث: "تسمح لنا هياكلنا النانوية بمراقبة الأحداث البيوكيميائية بطريقة حساسة ومحددة وكمية". "بعد ذلك ، يمكننا إجراء تقييم قوي لعينة بروتين واحدة."

يتابع الباحث: "لقد فتحت المعرفة التفصيلية للجينوم البشري حدودًا جديدة لتحديد العديد من البروتينات الوظيفية التي تشارك في ارتباطات جسدية وجيزة مع البروتينات الأخرى".

الاضطرابات الكبرى في قوة هذه PPIs تؤدي إلى حالات مرضية. بسبب الطبيعة العابرة لهذه التفاعلات ، هناك حاجة إلى طرق جديدة لتقييمها ".

يشرح الفيزيائي أيضًا كيف يمكن لآليات الكشف الدقيقة لأجهزة الاستشعار النانوية أن تساعد في مكافحة السرطان.

"إذا عرفنا كيف تعمل الأجزاء الفردية للخلية ، فيمكننا معرفة سبب انحراف الخلية عن الوظيفة العادية نحو حالة تشبه الورم [...] قد تقوم أجهزة الاستشعار الصغيرة لدينا بأشياء كبيرة لفحص العلامات الحيوية ، وتوصيف البروتينات ، و دراسة النطاق للبروتينات [المعروفة بالبروتيوميات]. "

البروفيسور ليفيو موفيليانو

يأمل البروفيسور موفيليانو أن تكون مستشعراته النانوية مفيدة بشكل خاص في الكشف عن سرطان الدم الليمفاوي ، وهي حالة لا تنضج فيها خلايا الدم وتموت بشكل طبيعي ، ولكنها "تتراكم في نخاع العظام وتزاحم الخلايا السليمة والعادية".