يمكن استخدام الخلايا الاصطناعية (artificial cells) لاستشعار التغيرات في الجسم والاستجابة بواسطة إفراز مواد معينة وأخيرًا استشعار المواد الضارة وإلغائها من البيئة.
تعد الاستجابة للتغيرات الكيميائية وظيفة مهمة للخلايا الحية. على سبيل المثال، يمكن أن تستجيب الخلايا للمواد الكيميائية عن طريق إنشاء بروتينات معينة، أو زيادة إنتاج الطاقة، أو التدمير الذاتي.
تستخدم الخلايا أيضًا المواد الكيميائية للتواصل مع بعضها البعض وتنسيق الاستجابة أو إرسال إشارات مثل حوافز الألم.
يمكن أن تكون هذه الاستجابات الكيميائية معقدة للغاية في الخلايا الطبيعية، وتتضمن خطوات متعددة ما يُصعّب التعامل معها مخبريًا. على سبيل المثال إذا أراد الباحثون جعل الخلايا الطبيعية تنتج شيئًا مفيدًا، مثل جزيء دواء.
اقرأ المزيد: العلماء ينتجون خلايا اصطناعية تحصل على طاقتها عن طريق التمثيل الضوئي
وبدلًا من ذلك، يُنشئ الباحثون خلايا اصطناعية تحاكي هذه الاستجابات الكيميائية بطريقة أبسط بكثير، ما يسمح لهم بسهولة معاملتها مخبريًا.
الآن، أنشأ الفريق أول خلايا اصطناعية يمكنها الاستشعار والاستجابة للإشارات الكيميائية الخارجية. إذ نشطوا مسارات كيميائية اصطناعية معينة.
نشرت الأكاديمية الوطنية للعلوم الثلاثاء الماضي أن العلماء ابتكروا خلايا تتحسس لآيونات الكالسيوم وتستجيب للضوء المتوهج.
اقرأ المزيد: علماء يعثرون على العنصر المفقود في محاولات خلق خلايا اصطناعية بدائية
يقول المؤلف الأول وأستاذ قسم الكيمياء جيمس هيندلي: «من الممكن استخدام هذه الأنظمة في التكنولوجيا البيولوجية، فعلى سبيل المثال، بوسعنا تصورُ إنشاء خلايا اصطناعية بإمكانها استشعار علامات السرطان وتكوين العقار المناسب داخل الجسم، أو خلايا صناعية تتحسس للمعادن الثقيلة في البيئة فتطلق إسفنجات انتقائية للتخلص منها».
أنشأ الفريق خليةً اصطناعية تحوي بداخلها مواد أصغر (حويصلات). تتشكّل حافة الخلية من غشاء حاوٍ على عدة ثقوب، والتي بدورها تسمح بمرور أيونات الكالسيوم بالدخول. في داخل الخلية، تُنشط أيونات الكالسيوم أنزيمات معينة تسبب تفجير الحويصلات وإطلاق جسيمات متوهجة (Fluoresce).
اقرأ المزيد: تنمية الأجنة في الأرحام الاصطناعية
يضيف جيمس قائلًا: «لقد تطورت البيولوجيا لتصبح متينةً جدًا باستخدام تلك الشبكات الأيضية والتنظيمية المعقدة. يجعل هذا الأمر عملية تعديل الخلايا صعبة، ذلك لأن العديد من الاستجابات الكيميائية معقدة للغاية إن أردنا نسخها أو هندستها. بدلًا من ذلك، أنشأنا نسخةً غير كاملة من مسارٍ طبيعي باستعمال خلايا اصطناعية وعناصر من أنظمة طبيعية مختلفة وذلك لصنع مسار أقصر وأكثر كفاءةً ويحقق النتائج ذاتها».
يعد النظام الذي ابتكره الباحثون أبسط كثيرًا كونه لا يضطر لاحتساب العديد من الأمور التي تتعامل معها الخلايا في الأنظمة الطبيعية، كالنواتج الثانوية التي تعد سامةً للخلايا.
اقرأ المزيد: باحثون من ستانفورد يصنعون رئة اصطناعية بمقدورها تحويل الماء إلى وقود نظيف
داخل هذا النظام، تؤخذ ثقوب الغشاء والأنزيمات المُنشّطة بواسطة الكالسيوم من أنظمة بيولوجية موجودة بالفعل، على سبيل المثال، يُؤخذ الأنزيم من سُم النحل، فهي لا يمكن أن توجد في نفس البيئة في الطبيعة.
يقول الباحثون أنه هنا تكمن قوة الخلايا الاصطناعية لإنشاء استجابات كيميائية، إذ يمكنها بسهولة خلط عناصر مبعثرة موجودة في الطبيعة بدلًا من إضافة عنصر خارجي في نظام بيولوجي معين.
المترجم : جعفر قيس
المدقق : غزل الكردي
مراجعة: نغم رابي
اقرأ أيضًا:
شكل هندسي جديد تستخدمه الطبيعة لرزم الخلايا بشكل فعال
