يُنسب الفضل دائما في التطبيقات الطبية والدوائية للصدفات النانوية إلى جهود مدرسة علمية رائدة بإحدى الجامعات الأمريكية وهي جامعة رايس Rice University، التي تُعد الجامعة الأكثر شهرة على مستوى العالم في مجال تكنولوجيا النانو، وذلك على الرغم من وجود عديد من المدارس العلمية العالمية الأخرى المهتمة بالمجال نفسه. ويرجع ابتكار تلك القذائف الذهبية إلى البروفيسورة / نايومي هالاس Naomi Halas الأستاذة بالجامعة نفسها حين تمكنت مع فريقها البحثي من تخليق حبيبات كروية نانوية من مادة السيليكا – ثاني أكسيد السيليكون SiO₂ – ذات أقطار تتراوح بين 100 نانومتر و120 نانومترا ⁽⁷⁾. ويوضح الشكل (9 – 4) رسما توضيحيا مبينا به كيفية تحضير حبيبات القاذفات الذهبية معمليا وفقا لطريقة البروفيسورة هالاس ⁽⁷⁾.

وكما هو مبين في الشكل المذكور، تخلّق في البداية حبيبات من السيليكا التي تُعالج أسطحها عن طريق تحميل أمينات Amines مخلقة لتغطي السطح الخارجي للحبيبة التي يطلق عليها اسم القالب Core. ويكمن سبب ترسيب الأمينات على السطح الخارجي لحبيبات السيليكا في أنها تعمل على تحسين قدرة حبيبات مادة القالب على اجتذاب والتقاط حبيبات الذهب الكروية التي لا تزيد أبعاد أقطارها على 2 نانومتر، كي تترسب على أسطحها الخارجية مكونة بذلك طبقة ذهب حبيبية تزداد سمكا بزيادة الفترة الزمنية المتاحة لعملية الترسيب ليصل سمكها إلى نحو 10 نانومترات. وتعمل الطبقة الذهبية – الدرع الذهبية – المترسبة على السطح الخارجي لحبيبات السيليكا على امتصاص موجات الطاقة الضوئية الموجهة إليها عند طول موجي تبلغ قيمته 810 نانومترات.

وفور الانتهاء من تحضير القذائف الذهبية، نكون بذلك على وشك تحريك طاحونة الحرب مع الخلايا السرطانية مهما بلغ صغرها ومهما تعاظمت كثافة أعدادها، وتشعبت أماكن وجودها بالجسم ولنفس الغرض الذي تم توضيحه سلفا، تُحضر بروتينات الأجسام المضادة من الخلايا السرطانية حيث تُرسب على سطح طبقة الحبيبات. وبعد ذلك الاستعداد الجيد تشحن تلك الحبيبات في محلول ليحقن به المصاب، حيث تقوم الأجسام المضادة بتوجيه قذائف الحبيبات للذهاب إلى ساحة القتال، لتحتل الحبيبات أسطح الخلايا المصابة فقط، دون غيرها، كما هو موضح في الشكل (9 – 5).

وبعد مرور ساعات قليلة (نحو ست ساعات أو أقل)، وبعد التأكد من وصول هذه القذائف إلى مواقعها الاستراتيجية في قلب مواقع العدو السرطاني، يبدأ تسليط كم إشعاعي ضوئي من موجات الأشعة تحت الحمراء بطول موجي يبلغ 810 نانومترات نحو الأماكن المصابة، وذلك لفترة زمنية قصيرة جدا، لا تزيد على ثلاث دقائق. وبمجرد امتصاص حبيبات الذهب النانوية المكونة للطبقة الخارجية للقذيفة الضوء المسلط عليها، القادم من الأشعة تحت الحمراء، تتحول الطاقة الضوئية الممتصة بها إلى طاقة حرارية، حيث ترتفع درجات حرارة أسطحها الخارجية لتصل إلى نحو 42 درجة مئوية، تكون كافية تماما لتكوي وتحرق – إن جاز التعبير – كل الخلايا السرطانية المصاب بها العضو وتدميرها بنجاح كامل، وصلت نسبته إلى 100 في المائة!

الشكل (9 – 4): رسم توضيحي يبين الخطوات المعملية المتبعة في تحضير حبيبات الصدف الذهبية المستخدمة كقذائف قاتلة لدحر الأورام السرطانية في مراقدها بكفاءة وأمان. ويتم في عمليات التحضير تجهيز حبيبات من السيليكون لتكون على هيئة كريات صغيرة ذات أقطار لا تزيد على 100 نانومتر (أ)، ثم تأهيل أسطحها الخارجية كي تكون قادرة على جذب وترسيب حبيبات الذهب النانوية، وذلك من خلال تعليق وشبك أمينات على تلك الأسطح (ب)، بعد ذلك تتم عملية ترسيب كريات الذهب النانوية على أسطح حبيبات السيليكا حيث تلتقط الأمينات تلك الحبيبات التي لا تزيد أبعاد أقطارها على 2 نانومتر (جـ). ويزيادة زمن العملية تتراكم الكريات الذهبية على الأسطح الخارجية لحبيبات السيليكا مكونة بذلك دروعا ذهبية على هيئة طبقات رقيقة يتراوح سمكها بين 2 و20 نانومترا (د). وبعد ذلك نسلح تلك المدرعات الذهبية من خلال تحميل بروتينات اجسام مضادة لخلايا سرطانية (على شكل حرف Y في الشكل هـ) تُحضّر معمليا حيث توظف تلك الأجسام لتقوم بعمل الربان أو المرشد في توجيه تلك القذائف إلى مكامن وجود الخلايا السرطانية بالجسم (المصدر: الشكل تم تصميمه وتنفيذه بواسطة مؤلف هذا الكتاب، وذلك وفقا لما قامت به هالاس من تجارب رائدة).

وتدور الآن المنافسات العلمية الشريفة بين مختلف المدارس العلمية المهتمة بهذا الموضوع، حيث تجري دراسة وبحث إمكانية امتصاص حبيبات الذهب للضوء القادم بموجات طولية لها قيم أعلى مما هي عليه الآن. ومع تطوير سمك الطبقة الذهبية الخارجية وتعديل مقاييس أقطار الحبيبات الذهبية المكونة للدروع الخارجية من القذائف، فإن هذا سوف يؤدي إلى زيادة في قدرة الحبيبات على التعامل مع بؤر سرطانية تقع بعيدة عن سطح الجلد ؛ لذا فمن المرجح أن يتم الكشف قريبا عن توظيف هذه التقنية في قتل الكيانات السرطانية الموجودة بخلايا أعضاء الجسم، مثل الرئتين والكبد.

الشكل (9 – 5) صورة مجهرية لعينة أخذت من ثدي مُصابة ⁽⁸⁾ توضح وجود خلايا سرطانية (منطقة يمين الصورة) متاخمة لخلايا الثدي السليمة (منطقة يسار الصورة) وتقوم قذائف الحبيبات الذهبية (الحبيبات كروية الشكل الموجودة على أسطح الخلايا السرطانية) التي سبق تحضيرها ودعم أسطحها الخارجية بالأجسام المضادة باستهداف الخلايا المصابة وحدها فتتوجه إليها. وبمجرد وصول تلك الحبيبات إلى مهابطها على السطح الخارجي للورم تعرّض لمصدر ضوئي له القدرة على اختراق جسم الإنسان (موجات من الأشعة تحت الحمراء بواسطة مصدر خارجي من أشعة الليزر فتبدأ حبيبات القذائف الذهبية بامتصاص تلك الأشعة مما يرفع من درجات حرارتها لتصل إلى نحو 42 درجة مئوية، ناقلة تلك الحرارة إلى سطح الورم السرطاني فتقضي نهائيا عليه (تم تصميم وتنفيذ الشكل بواسطة مؤلف هذا الكتاب).

ووجود تلك النسبة الضئيلة جدا من الحبيبات الذهبية داخل الجسم بعد الانتهاء من مهامها القتالية لا يسبب أي مشاكل صحية على الإطلاق، وذلك لأن فلز الذهب يتوافق مع الأوساط البيولوجية بجسم الإنسان ولا يسبب وجوده بالجسم أي مشاكل تتعلق بالتسمم، لذا فهو صديق بيولوجي للإنسان الذي يستعين به منذ قديم الأزل في مجال طب الأسنان. وعلى الرغم من أن النتائج المشار إليها هنا قد تم الحصول عليها من اختبارات معملية متعددة أجريت على فئران المعامل التي زرعت خلايا سرطانية في أعضائها، فإن من المنتظر في خلال الأعوام الثلاثة القادمة أن يواصل العلماء جهودهم في تلك التجارب المهمة باستخدام حيوانات معملية أخرى مثل الأرانب ثم القردة ونكون بذلك قد قطعنا شوطا كبيرا فيما قبل الاختبارات السريرية المنتظر إجراؤها على البشر بعد سنتين من الآن على الأكثر.

_________________________________________
هوامش

(7) Christopher Loo et al. Technology in Cancer Research & Treatment, Vol. 3 (2004) 33-36.

(8) Mathias Schulenburg. Nanoparticles - small things, big effects, Cologne Federal Ministry of Education and Research, Berlin - Germany 2008, page 28.