
يمكنك مشاركة هذه المقالة بموجب ترخيص المشاع الإبداعي 4.0 دوليًا.
هل تتخيل طريقةً لتوصيل الأدوية إلى خلايا دماغنا بدقةٍ متناهية؟ 🧠 يُمكن أن تُحدث الفقاعات الدقيقة ثورةً في مجال الطب! ✨
قام باحثون بتحقيقٍ مثيرٍ حول كيفية تمكين الفقاعات الدقيقة من توصيل الأدوية إلى الخلايا بطريقة موجهةٍ باستخدام الموجات فوق الصوتية.
لأول مرة، تمكّن الباحثون من تصوير كيفية اختراق النفاثات السائلة الدقيقة التي تولدها الفقاعات الدقيقة لغشاء الخلية، مما يُسهّل امتصاص الدواء.
يُعد علاج الأمراض الدماغية مثل الزهايمر وباركنسون وأورام المخ تحديًا كبيرًا، نظرًا لحساسية الدماغ وحمايته العالية. لذلك، يسعى الباحثون إلى طرقٍ دقيقةٍ لتوصيل الأدوية إلى الدماغ عبر مجرى الدم.
الهدف هو التغلب على حاجز الدم-الدماغ، الذي يسمح فقط لبعض العناصر الغذائية والأكسجين بالمرور. 🩺
تعد الفقاعات الدقيقة المُستجيبة للأشعة فوق الصوتية طريقةً واعدةً لهذا النوع من العلاج، فهي أصغر من كرية دم حمراء، مُملوءة بالغاز، ومُصممة بتركيب جزيئات دهون خاصة لثباتها.
تُحقن هذه الفقاعات مع الدواء في مجرى الدم، ثم تُنشّط في موقع الهدف باستخدام الموجات فوق الصوتية، مما يُحدث ثقوبًا دقيقةً في غشاء خلايا جدار الأوعية الدموية، يتغلغل من خلالها الدواء بسهولة.
في السابق، لم يكن واضحًا كيف بالضبط تُحدث الفقاعات الدقيقة هذه الثقوب. الآن، تمكن باحثون من ETH، بقيادة أوتي سوبونن، من إثبات آلية عملها لأول مرة.
“باستخدام الموجات فوق الصوتية، تفقد سطح الفقاعات الدقيقة شكلها، مما يُنتج تيارات سائلة صغيرة (النفاثات الدقيقة) تخترق غشاء الخلية.” يُوضّح ماركو كاتانيو، طالب الدكتوراه في معهد ديناميكيات السوائل، والمؤلف الرئيسي للدراسة المنشورة في مجلة نيتشر فيزيكس. انقر هنا للقراءة
النفاثات الدقيقة السريعة بشكل لا يُصدّق 🚀
لم يكن يُعرف كيف تُشكل هذه الفقاعات الدقيقة، صغيرة جدًا (بضعة ميكرومتر)، المسام في غشاء الخلية، نظرًا لتذبذبها المُذهل (ملايين المرات في الثانية) تحت الموجات فوق الصوتية.
لمعرفة ذلك، قام الباحثون ببناء مجهر عالي الدقة (تكبير 200 ضعف) مع كاميرا عالية السرعة (تُلتقط ما يصل إلى عشرة ملايين صورة في الثانية) لمتابعة العملية من الجانب. 🔬
تمكّن الباحثون من تقليد جدار الأوعية الدموية باستخدام نموذج خارج الجسم، وزرع خلايا بطانة الأوعية الدموية على غشاء بلاستيكي. تم وضع هذا الغشاء في صندوق به جدران شفافة مليئة بحل ملحي ودواء نموذجي، مع مواجهة الخلايا للأسفل. ارتفعت الفقاعة الدقيقة المليئة بالغاز تلقائيًا واشتبكت بالخلايا. ثم تمّ إحداث اهتزاز في الفقاعات باستخدام نبضة قصيرة من الموجات فوق الصوتية.
عند ضغط الموجات فوق الصوتية العالي بما يكفي، تتوقف الفقاعات عن الاهتزاز في شكل كروي وتبدأ في إعادة تشكيل نفسها إلى أنماطٍ غير كروية.
تتذبذب “الفصوص” في هذه الأنماط دوريًا، مما يُدفعها للداخل والخارج. اكتشف الباحثون أن هذه الفصوص، فوق ضغط معين للموجات فوق الصوتية، تُنتج نفاثاتٍ قويةً تعبر الفقاعة وتلامس الخلية، بنحو 200 كم/ساعة! 🔥
آلية النفاثة لا تُدمر الفقاعة، مما يسمح بتكوين نافثة جديدة مع كل دورة من الموجات فوق الصوتية.
الفيزياء والطب 🤝
يوضح سوبونين أن آلية الإخراج هذه تُحفز بضغطٍ منخفضٍ من الموجات فوق الصوتية (حوالي 100 كيلو باسكال)، مما يُشير إلى سلامةٍ عاليةٍ.
لم يقتصر الباحثون على الملاحظات البصرية، بل قدموا تفسيراتٍ باستخدام نماذجٍ نظريةٍ مختلفة.
تمكنوا من إظهار أن النفاثات الدقيقة تتمتع بأكبر قدر من الإمكانيات للتسبب في الضرر، مما يدعم ملاحظة الباحثين بأن غشاء الخلية يُثقب فقط عند توليد النفاثة الدقيقة.
“بإعداد مختبرنا الحالي، لدينا الآن طريقة أفضل لمراقبة الفقاعات الدقيقة، ويمكننا وصف تفاعل الخلية معها بدقة أكبر.” يقول كاتانيو.
يمكن استخدام هذا النظام أيضًا لدراسة كيفية تفاعل تركيبات الفقاعات الدقيقة الجديدة مع الموجات فوق الصوتية.
“توضح أعمالنا الأسس الفيزيائية لإدارة الأدوية المستهدفة عبر الفقاعات الدقيقة، وتساعدنا على تحديد معايير استخدامها بأمان وفعالية.”
هذا يعني أن الجمع الصحيح بين التردد والضغط وحجم الفقاعات الدقيقة يمكن أن يساعد على تعظيم نتيجة العلاج، مع ضمان سلامة أكبر وانخفاض خطر على المرضى.
«بالإضافة إلى ذلك، تمكنا من إظهار أن نبضات قليلة فقط من الموجات فوق الصوتية تكفي لثقب غشاء الخلية. وهذا خبر جيد للمرضى أيضًا! »، يقول سوبوينن.
يمكن تحسين طلاء الفقاعات الدقيقة أيضًا لتردد الموجات فوق الصوتية المطلوب، مما يسهل تكوين النفاثات.
المصدر: معهد إيتش زيوريخ