طور الباحثون روبوتًا صغيرًا على شكل فقاعات يستخدم الموجات فوق الصوتية لتوجيهه عبر الأوعية الدموية الدقيقة والمعقدة في الدماغ. تم اختبار "المركبات الدقيقة" بنجاح على الفئران ويمكن أن تصبح وسيلة لتوصيل الأدوية بدقة لعلاج حالات مثل سرطان الدماغ والسكتة الدماغية.
هناك أكثر من 404 ميلاً (650 كيلومترًا) من الأوعية الدموية في أدمغتنا. لقد مكّن التقدم في تكنولوجيا النانو من تطوير روبوتات صغيرة يمكنها التنقل في المناطق التي كان يتعذر الوصول إليها سابقًا من خلال مسارات صغيرة ومعقدة، وتوفير توصيل دقيق للأدوية، وإجراء عمليات جراحية طفيفة التوغل.
ونظرًا لتعقيد شبكات الأوعية الدموية وضغوط تدفق الدم التي تمت مواجهتها، هناك حاجة إلى طريقة لتوجيه الروبوتات الدقيقة. إن استخدام المجالات المغناطيسية لتوجيه الروبوتات الدقيقة عبر الأوعية الدموية في الدماغ يسمح بمعالجة دقيقة، ولكن نظرًا لأن الروبوتات الدقيقة يجب أن تكون مغناطيسية، فإن هذا يحد من قابليتها للتحلل البيولوجي.
الآن، تعاون الباحثون في ETH Zurich وجامعة زيورخ ومستشفى جامعة زيوريخ لتطوير ناقلات دقيقة - فقاعات دقيقة مملوءة بالغاز ومغطاة بالدهون - يمكنها استخدام الموجات فوق الصوتية للتنقل في الأوعية الدموية الضيقة والمعقدة في دماغ الفأر.
وقال دانييل أحمد، أحد مؤلفي الدراسة: "بالإضافة إلى استخدامها على نطاق واسع في المجال الطبي، فإن الموجات فوق الصوتية آمنة أيضًا ويمكن أن تخترق عمق جسم الإنسان".
يتراوح قطر هذه الفقاعات الصغيرة الملساء المليئة بالغاز بين 1.1 و1.4 ميكرون، وهي مصنوعة من عامل تباين فلوري يستخدم حاليًا في التصوير بالموجات فوق الصوتية. وبمرور الوقت، تذوب في الجسم وتتكون أغلفةها الدهنية من نفس المادة التي تتكون منها أغشية الخلايا البيولوجية.
الملاحة الصوتية بواسطة الروبوتات الصغيرة جنبًا إلى جنب مع أبحاث التصوير البصري في الوقت الفعلي التي أجراها DelCampo Fonseca et al. ووجد أن الروبوت الصغير يمكن أن يذوب في الجسم لفترة طويلة، وأن غلافه الدهني مصنوع من نفس مادة أغشية الخلايا البيولوجية.
وقام الباحثون بحقن فقاعات دقيقة في الفئران وسمحوا لها بالانتشار في دم الحيوانات. يتيح المجهر التصوير في الوقت الحقيقي للروبوت. قام الباحثون بتركيب ما يصل إلى أربعة أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية على الجزء الخارجي من رؤوس الفئران، ووجدوا أن الروبوتات الصغيرة استجابت للموجات الصوتية من خلال التجمع الذاتي في أسراب والتنقل على طول الأوعية الدموية في الدماغ.
يتم توجيه الروبوتات عن طريق ضبط مخرجات كل مستشعر بسرعات تصل إلى 1.5 ميكرون/ثانية والتحرك بنجاح في اتجاهات عكسية بسرعات تدفق الدم تصل إلى 10 ملم/ثانية. أظهرت النتائج أن المتلاعب الصوتي يمكن أن يعمل في ظل الظروف الفسيولوجية في الجسم الحي. وقام الباحثون بتحليل أنسجة المخ بعد القيادة بالموجات فوق الصوتية ووجدوا أن الروبوت الصغير لم يلحق الضرر بالجدران الداخلية للأوعية الدموية ولم يتسبب في موت الخلايا العصبية.
إن إنشاء فقاعات دقيقة من مادة مستخدمة بالفعل له مزاياه. وقال أحمد: "نظرًا لأن هذه الفقاعات أو الحويصلات تمت الموافقة عليها بالفعل للاستخدام البشري، فمن المرجح أن تتم الموافقة على تقنيتنا للعلاج البشري بسرعة أكبر من الأنواع الأخرى من الناقلات الدقيقة قيد التطوير حاليًا".
والآن بعد أن أثبتوا أن الروبوت الصغير الخاص بهم يمكنه التنقل في الأوعية الدموية الدماغية للفئران، فإن الخطوة التالية للباحثين هي ربط جزيئات الدواء بالجزء الخارجي من غلاف الفقاعة الدقيقة. إذا نجحت، فمن المحتمل أن يتم استخدام الناقلات الدقيقة التي يتم تنشيطها بالموجات فوق الصوتية لعلاج السرطان والسكتة الدماغية والأمراض العقلية.
ونشر البحث في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز.