إستخدام ال DNA في بناء الأنسجة من الصفر

إذا كنت تمضي بعض الوقت في مقهى، فيمكنك أن تخرج الكمبيوتر الخاص بك والتحقق من بريدك أو تقوم ببعض الأعمال. ولكنك غالباً لن تفعل ذلك إذا كنت في مطعم لطيف. يتأثر سلوكنا بالبيئة المحيطة، وهذا ينطبق أيضاً على الخلايا.

صورة ميكروسكوبية توضح النسيج البيني الموجود خارج الخلية باللون الأزرق. هنا، ألياف الكولاجين (بروتين يساعد في تثبيت الهيكل) مصبوغة. إضغط هنا لتفاصيل أكثر. 

صورة بواسطة Lazar.zenit  عن طريق Wikimedia Commons.

سلوك الخلية يعتمد على الإشارة التي تستقبلها من محيطها، مثل النسيج البيني الموجود خارج الخلية (ECM). يعتبر ال ECM معقد جداً وبيئة متغيرة يتحرك فيها جزيئات مختلفة. ما الموجود بداخله بالضبط، مثل الصلابة، يتغير باستمرار في المناطق المختلفة ومع مرور الوقت. القابلية لصنع شيء مماثل، بالمواد الحيوية من صنع الإنسان، هو تركيز في مجالات عديدة من علم الأحياء.

عالم النانو الحيوي يعتبر مهم خصيصاً لهندسة الأنسجة. في هندسة الأنسجة، يحتاج العلماء إلى أن يستطيعوا التأثير في بيئة الخلايا والأنسجة كلها. بهذه الطريقة، يمكنهم التحكم في كيفية استجابة الخلية المرادة بطريقة أفضل. بجانب هندسة الأنسجة، الأنسجة البينية خارج الخلية من صنع الإنسان يمكن إستخدامها أيضاً لجعل الخلايا تتجدد، لإصلاح الأنسجة، أو لمحاربة إنتشار السرطان.

 حتى الآن، صنع بعض الباحثون مواد حيوية تحتوي على الحمض النووي DNA الذي فتح أبواباً إلى تطورات جديدة.

ولكن، العديد من المواد الحيوية التي تحتوي على الحمض النووي تم استخدامها كدليل على المبدأ. هذا يعني أنه يتم إستخدامهم فقط لتأكيد أنه يمكن فعله. لم يتم إستخدامهم في دراسات هندسة الأنسجة حتى الآن؛ ولكن، الأمثلة الرئيسية توضح أهمية المواد الحيوية القائمة على الحمض النووي في هذا المجال.

 واحد على وجه الخصوص سمح بتبديل الجزيئات المشاركة في هجرة الخلايا و نموها. تم تعديل مادة شبيهة بالنسيج البيني خارج الخلية بالحمض النووي. بناءاً على كيفية تفاعل الحمض النووي مع الجزيئات الأخرى، يممكن للمادة تغيير كيفية استجابة الخلية. هذا يعمل مثل مفتاح التشغيل/ إيقاف. مثل هذه المواد يمكنها جعلنا نتحكم في أين تذهب الخلايا وأي نوع معين من الخلايا سوف تصبح.

 الروبوتات تتحكم؟

هذه الأمثلة توضح تحكم كبير في الخلايا والجزيئاتولكن ماذا إذا احتجنا إلى نظام يعمل ويمكنه التحكم في نفسه؟ تم صنع مادة معدلة بالحمض النووي يمكنها التصرف إستجابة إلى مدخلات من خلايا هي تحيطها. يمكنها إفراز جزيئات خاصة بناءاً على أنشطة هذه الخلايا. قفص جزيئي حامل للشحنة/ حمولة يتعلق بالخلية المستهدفة وأيضاً بالمادة الحيوية. عندها تحاول الخلية الهجرة أو الابتعاد عن القفص، يفرد هذا القفص ويفرز الحمولة. هذا مختلف قليلاً عن الأقفاص الأخرى التي تستجيب إلى التغييرات البيئية. بدلاً من الإستجابة إلى تغيير عام في الحموضة أو الحرارة، تستجيب إلى إشارات مادية من الخلايا القريبة.

مثل هذه المواد تتجنب الحاجة إلى إستجابات في أوقات معينة. بدلاً من ذلك مثل هذه الأنظمة يمكن إستخدامها عند الحاجة - مثلاً، لمعالجة أنسجة عندما تحدث إصابة.

تلك بعض الأمثلة القليلة لكيفية إستخدام المواد الحيوية المبنية في مقياس النانو لهندسة الأنسجة. مجال التكنولوجيا الحيوية النانوية مازال جديد نسبياً، لهذا استكشافنا لكيفية إستخدام الحمض النووي في هذا المجال مازال في بدايته.