تمثّل أوراق اللوتس ظاهرة طبيعية استثنائية في مجال الهندسة ذاتية التنظيف والطاردة للماء، حيث تكاد قطرات الماء تطفو على سطحها.
يعود ذلك إلى بنية سطحها الفريدة التي تحتوي على نسيج محكم يحبس الهواء في حوافها وطياتها النانوية.
وفي خطوة جديدة في عالم البحث الطبي، تمكن مجموعة من مهندسي الأحياء بجامعة رايس الأمريكية من الاستفادة من هذا التأثير الفريد لأوراق اللوتس لتطوير نظام مبتكر لزراعة مجموعات من الخلايا السرطانية، مما يوفر منصة جديدة لدراسة خصائص الأورام التي يصعب دراستها.
اقرأ أيضاً
تأثير أوراق اللوتس.. مصدر إلهام هندسي لدراسة الخلايا السرطانية
تعتمد تقنية أوراق اللوتس على تأثير يطلق عليه "تأثير اللوتس"، حيث يمتاز سطح أوراق زهرة اللوتس بقدرته الفائقة على طرد الماء وعدم السماح بأن يكون سطحها مبللاً.
هذا التأثير يُلهم العلماء في تطوير تقنيات جديدة في مختلف المجالات الهندسية، ومنها الهندسة الطبية.
إذ أنه من خلال محاكاة بنية سطح أوراق زهرة اللوتس، قام فريق من مهندسي الأحياء في جامعة رايس بتطوير نظام زراعة يعتمد على أكسيد الزنك لتوفير منصة قابلة للضبط بشكل كبير لتوليد نماذج ثلاثية الأبعاد للأورام.
اقرأ أيضاً
الابتكار في زراعة الخلايا السرطانية
يعتمد هذا الجهاز الجديد الذي تم ابتكاره، الذي يُعرف باسم جهاز المصفوفة الفائقة الكراهية للماء، ويرمز له بـ (SHArD)، على تقنيات محاكاة التأثير الطارد للماء لأوراق اللوتس.
إذ يوفر هذا الجهاز بيئة ملائمة لزراعة نماذج خلايا سرطانية ثلاثية الأبعاد، ما يعزز من دقة وكفاءة الدراسات المتعلقة بتطور مرض السرطان، خاصة مرحلة النقائل.
مرحلة النقائل هي المرحلة التي تنتقل فيها الخلايا السرطانية عبر مجرى الدم إلى أجزاء أخرى من الجسم البشري، مما يؤدي إلى الإصابة بالسرطان.
التحديات في دراسة النقائل السرطانية
تشكل النقائل السرطانية التحدي الأكبر في علاج مرض السرطان، حيث تمثل السبب الرئيس للوفيات الناتجة عن هذا المرض الشائك.
إذ أن دراسة النقائل تعتبر صعبة للغاية نظرًا لصعوبة تطوير نماذج دقيقة وعالية الإنتاجية تمثل هذه المرحلة بشكل واقعي.
يستخدم العلماء حاليًا "خزعة السائل" لدراسة الخلايا الورمية المنتشرة في الدم، لكن هذا الأسلوب يعاني من نقص في عدد الخلايا المتاحة للدراسة، مما يجعل من الصعب إجراء دراسات معمقة.
دور جهاز SHArD في تحسين فهم السرطان
يوفر جهاز SHArD حلاً لهذه المشكلة من خلال تمكين الباحثين من إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد عالية الدقة وقابلة للضبط للخلايا السرطانية.
إذ تسمح هذه النماذج بدراسة الخلايا السرطانية المنتشرة في الدم وكيفية تشكيلها العناقيد التي تزيد من فرص نجاحها في الاستقرار في أجزاء أخرى من الجسم.
حيث يمكن لهذه العناقيد أن تكشف عن الكثير من خصائص الأورام التي قد تكون غير مرئية في الدراسات التقليدية.
التطوير واختبار النظام
بدأ مشروع تطوير جهاز SHArD عند انضمام الباحث كالانا جايواردانا إلى مختبر مايكل كينج كزميل ما بعد الدكتوراه في عام 2018.
خلال هذه الفترة، تم التركيز على زراعة أسطح نانوية من أكسيد الزنك، وبعد نجاحهم في إنشاء "سجادة" مستقرة من أنابيب أكسيد الزنك النانوية، قام الباحثون بإضافة طلاء يشبه التفلون لإعادة إنشاء بنية ورقة اللوتس، مما أدى إلى إنتاج سطح فائق الكراهية للماء.
استخدامات جهاز SHArD في الأبحاث الطبية
أظهرت الدراسات الأولية أن جهاز SHArD يمكن استخدامه في الأبحاث الطبية الحيوية بشكل فعال. حيث يمكن للمختبرات التي تمتلك معدات بحث أساسية مثل غرف نظيفة استخدام البروتوكولات المتاحة لتطوير نسخ من هذه المنصة تلبي احتياجاتهم البحثية الخاصة.
ويعد الجهاز هذا حلاً مبتكرًا لتحسين زراعة نماذج الأورام الأولية والنقائل، مما يفتح الباب أمام فرص جديدة لدراسة تطور السرطان وطرق علاجه.
خلاصة عن الدراسة
من خلال محاكاة البنية الفريدة لأوراق اللوتس، نجح مهندسو الأحياء في جامعة رايس في تطوير نظام زراعة مبتكر يمكنه أن يحدث نقلة نوعية في دراسة السرطان.
إذ يوفر جهاز SHArD منصة قابلة للضبط بشكل كبير لتوليد نماذج ثلاثية الأبعاد للأورام، مما يساعد في كشف خصائص الأورام التي كانت سابقًا صعبة الدراسة.
ومع استمرار تطوير واستخدام هذا الجهاز، من المتوقع أن يقدم رؤى جديدة تساعد في تحسين فهم وعلاج السرطان، مما يعزز من فرص إيجاد طرق فعالة للحد من انتشار المرض.