علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Scientists 3-D printed a tiny elephant inside a cell
(بقلم: إميلي كونوفر – Emily Conover)
[تمكن العلماء من طباعة فيل صغير داخل خلية بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد]
“لأول مرة يتم طباعة هياكل لحيوان الفيل داخل الخلايا الحية”
هيكل لفيل صغير يؤسس لأرضية جديدة في عالم الطباعة ثلاثية الأبعاد داخل الخلايا الحية. لأول مرة، تمكّن العلماء من طباعة أشياء ثلاثية الأبعاد داخل خلايا حية، والبداية كانت مع هيكل فيل بطول 10 ميكرومترات و”رموز شريطية” صغيرة يُمكن أن تُساعد في تتبّع الخلايا الفردية. القليل من الخلايا نجت لتحكي لنا قصتها، والكثير منها فقدت الحياة.
استخدم الباحثون تقنية تُسمى بلمرة الفوتونين، المعروفة أيضًا باسم الطباعة الحجرية ثنائية الفوتون أو متعددة الفوتونات (وأحيانا تسمى الكتابة المباشرة بالليزر) ، ومن خلالها يتصلب الوسط المستخدم (وهو عادة راتنج سائل حساس للضوء) عندما يمتص فوتونين من الليزر في آنٍ واحد. يُركز ضوء الليزر بما يكفي لإحداث هذه الضربة المزدوجة في حجم ضيق للغاية داخل المادة الحساسة للضوء ، وهذا يؤدي إلى تصلب مادة الطباعة ويُتيح إنشاء هياكل دقيقة فائقة الدقة عن طريق تغيير موضع تركيز الليزر.
وتتعجب عالمة الفيزياء الحيوية كيرستن غوبفريش من جامعة هايدلبرغ بألمانيا قائلة: “من المدهش أن نرى أن بعض الخلايا تنجو بالفعل باستخدام هذه التقنية ويصعب تخيل أن تبقى بعض الخلايا على قيد الحياة وبداخلها هيكل الفيل”.
لصنع هياكل كالفيل داخل خلية، قام الفيزيائي ماتياز هومار وزملاؤه بحقن الخلايا بمادة سائلة مقاومة للضوء. ثم قاموا بطباعة الهياكل ثلاثية الأبعاد وتركوا المادة المقاومة للضوء المتبقية تذوب شيئا فشيئا. يقول مالتي جاثر، عالم الفيزياء البصرية من جامعة كولونيا في ألمانيا: إن هذه التقنية جديدة ومثيرة كون أن هناك فيل داخل الخلية، وهو بالطبع رمز جميل للغاية، فالكبير محصور داخل الصغير.
سبق للعلماء محاولة زرع معادن في الخلايا عبر عملية البلعمة، وهي عبارة عن تغذية الخلية بجسم غريب. لكن عملية البلعمة محدودة النجاح وتقتصر على أنواع معينة من الخلايا ، بينما تتميز الطباعة ثلاثية الأبعاد من خلال بلمرة الفوتونين باستخدامها على مجال أوسع من أنواع الخلايا.
لكن طعن خلية على قيد الحياة وضخ سائل مقاوم للضوء فيها يُعدّ إصابة قاتلة لهذه الخلية وإحتمالات الإستمرار في الحياة ضعيفة جدا، خاصةً وأن العديد من المواد المقاومة للضوء سامة. ولزيادة فرص نجاة الخلايا، قام الفيزيائي هومار وزملاؤه بفحص المواد المقاومة للضوء المتوفرة، واختاروا مادةً أكثر ملاءمةً للخلايا. وعند الطباعة ثلاثية الأبعاد، نجت بعض الخلايا بفضل هذا الإختيار، واستمرت في عملها دون أي اضطراب. حتى أن بعضها انقسم إلى خليتين، مانحًا إحدى الخليتين إرثًا مطبوعًا بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ولحساسية البحث رفض هومار، من معهد جوزيف ستيفان في ليوبليانا، سلوفينيا، التعليق على العمل، حيث أن البحث ينتظر النشر في مجلة علمية.
وحتى مع اتخاذ الاحتياطات اللازمة والعناية الفائقة في إختيار المادة السائلة المضادة للضوء، مات الكثير من الخلايا المطعونة بالسائل في غضون 24 ساعة. يقول جاثر: “يبدو أن الأمر مرتبط ببساطة بحقيقة أن الخلايا لا تحب حقن السوائل فيها، ونجاح الطباعة ثلاثية الأبعاد مرتبط بضخ هذه السوائل داخل الخلايا”.
قد يُحسّن استخدام مواد مقاومة للضوء أو تقنيات حقن أفضل من معدل النجاح. يقول غوبفريتش إنه يمكن للعلماء التخلص تمامًا من الحقن الضار باستخدام مقاوم ضوئي قادر على عبور أغشية الخلايا بدون أن يقتلها.
بالإضافة إلى طباعة أنماط تشبه الباركود داخل الخلية، طبع الباحثون ليزرًا دقيقًا، وهو خيار آخر لوسم الخلايا. يتكون الليزر الدقيق من كرة صغيرة، عند إضاءتها، تحصر الضوء وتُضخّمه، مُصدرةً ضوء ليزر ينبعث من الخلية. ستؤثر الاختلافات الطفيفة في أحجام الكرات على الضوء المنبعث، مما قد يُعطي كل خلية بصمة ضوئية مميزة. يقول “غاثر” إنه يمكن أيضًا استخدام الليزر الدقيق لاستشعار الظروف داخل الخلية التي من شأنها تغيير الضوء المنبعث، مثل وجود جزيئات حيوية معينة مرتبطة بسطحها.
يقترح هومار وزملاؤه إنشاء عوازل أو حواجز مختلفة الأشكال داخل الخلايا لدراسة أسرار القوى داخلها. وقد يمكن تصميم هياكل دقيقة كما تم مع هياكل الفيل لعزل أجزاء من الخلية ودراسة وظيفتها وفهم سلوكها.
يقول غوبفريتش إن العلماء ليسوا متأكدين بعد من الفائدة المرجوة من هذه التقنية، لكنها بكل تأكيد تفتح آفاقًا جديدة. “إنها طريقة للتعامل مع الخلايا دون تعديلها وراثيًا”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://www.sciencenews.org/article/3d-print-elephant-inside-cell