ابداع نانولوله های بدون نشت یک میلیون بار نازکتر از تار مو

مجموعه: اخبار پزشکی

تاریخ انتشار : یکشنبه, 10 مهر 1401 17:47

به گزارش ایرنا از تارنمای خبری سای تک دیلی، لوله هایی که به رنگ سبز روشن دیده می شوند، تقریباً هفت نانومتر قطر دارند. حدود دو میلیون بار کوچکتر از یک مورچه و چند میکرون طول دارند یا به اندازه یک ذره غبار هستند. کوچک‌ترین لوله‌ دنیا به طور بالقوه می‌تواند داروها را به داخل سلول‌ها در بدن انسان منتقل کند.

محققان دانشگاه جان هاپکینز با کار روی لوله‌های میکروسکوپی که ضخامت آنها به اندازه یک میلیونم یک تار موی انسان است، روشی برای محافظت از کوچک‌ترین خطوط لوله در برابر کوچک‌ترین نشتی ابداع کردند.

لوله بدون نشت که از نانولوله‌های خود مونتاژ شونده و خود ترمیم‌شونده ساخته شده و می‌تواند به ساختارهای زیستی مختلف متصل شود، گام بزرگی به سوی ایجاد یک شبکه نانولوله‌ای است که ممکن است روزی داروها، پروتئین‌ها و مولکول‌های تخصصی را به سلول‌های خاص در بدن انسان منتقل کند.

ربکا شولمن، استادیار مهندسی شیمی و بیومولکولی که در این تحقیق مشارکت داشته است، گفت: این مطالعه نشان می‌دهد ساخت نانولوله‌هایی که نشت نکنند با استفاده از تکنیک‌های آسان امکان‌پذیر است. ما مولکول‌ها را در یک محلول مخلوط می‌کنیم و فقط اجازه می‌دهیم ساختاری را که می‌خواهیم تشکیل دهند. همچنین می‌توانیم با استفاده از این نانولوله ها چیزی شبیه شبکه لوله‌کشی ایجاد کنیم.

دانشمندان از لوله هایی استفاده کردند که چندین میکرون طول دارند یا تقریباً به اندازه یک ذره غبار بودند و قطر آنها هفت نانومتر یا حدود دو میلیون بار کوچکتر از یک مورچه بود.

این فناوری مبتنی بر یک تکنیک است که از قطعات دی ان ای به عنوان بلوک‌های سازنده برای رشد و ترمیم لوله‌ها استفاده می‌کند و در عین حال به آن‌ها اجازه می‌دهد تا ساختارهای خاصی را جستجو کرده و به آنها متصل شوند.

ساختارهای مشابهی در آزمایش‌های قبلی برای ایجاد ساختارهای کوچک‌تر به نام نانو منافذ ایجاد شده‌اند. این طرح‌ها بر توانایی نانوحفره‌های دی ان ای برای تنظیم انتقال مولکول‌ها از طریق غشاهای لیپیدی رشد یافته در آزمایشگاه که شبیه غشای سلولی هستند، متمرکز است. 

با این حال، اگر نانولوله ها مانند لوله ها باشند، نانوحفره ها مانند اتصالات لوله کوتاه هستند که به تنهایی نمی توانند به لوله ها، مخازن یا تجهیزات دیگر دسترسی پیدا کنند. برای حل این نوع مشکلات، محققان در نانوتکنولوژی الهام گرفته از زیست شناسی بهره گرفتند.

شولمن گفت: ساخت یک لوله بلند از منافذ می‌تواند به مولکول‌ها اجازه دهد نه تنها از منافذ غشایی که مولکول‌ها را داخل یک محفظه یا سلول نگه می‌دارد، عبور کنند، بلکه به جایی که مولکول‌ها پس از خروج از سلول می‌روند نیز هدایت شوند. ما توانستیم از این منافذ لوله‌هایی بسیار بلندتر از لوله‌هایی که قبلا ساخته شده بود، بسازیم که می‌توانند انتقال مولکول‌ها را در طول «بزرگراه‌های» نانولوله‌ای محقق کنند. 

نانولوله ها از رشته های دی ان ای تشکیل شده اند. ساختار آنها دارای شکاف های کوچک است. دانشمندان به دلیل ابعاد بسیار کوچک این نانولوله ها، نتوانسته بودند آزمایش کنند که آیا این لوله ها می توانند مولکول ها را برای مسافت های طولانی تر بدون نشت حمل کنند یا اینکه آیا مولکول ها از شکاف های دیواره  لوله ها می لغزند.

یی لی، دانش آموخته دکترا از گروه مهندسی شیمی و بیومولکولی دانشگاه جانز هاپکینز و سرپرست این مطالعه، کار معادل نانویی بستن انتهای یک لوله و باز کردن یک شیر آب را انجام داد تا مطمئن شود آب به بیرون نشت نمی کند. این محقق با چوب پنبه‌های مخصوص دی ان ای انتهای لول ها بست و محلولی از مولکول‌های فلورسان را برای ردیابی نشتی‌ و سرعت حرکت مولکول ها از داخل لوله ها عبور داد. 

محققان با اندازه‌گیری دقیق شکل لوله‌ها، نحوه اتصال مولکول‌های زیستی به نانوحفره‌های خاص و سرعت جریان محلول فلورسان، نشان دادند چگونه لوله‌ها، مولکول‌ها را به کیسه‌های کوچک رشد یافته در آزمایشگاه شبیه به غشای سلول منتقل می‌کنند. این مولکول‌های درخشان مانند آب از سرازیری عبور کردند.

لی گفت: اکنون می‌توانیم این ساختار را یک شبکه لوله‌کشی بنامیم، زیرا با استفاده از این کانال‌ها، جریان مواد یا مولکول‌های خاصی را در فواصل بسیار طولانی‌تری هدایت می‌کنیم. ما قادریم زمان توقف این جریان را با استفاده از ساختار دی ان ای دیگری که به طور خاص به آن کانال‌ها متصل می‌شود کنترل کنیم تا این انتقال متوقف شود و به عنوان یک دریچه عمل کند. 

نانولوله‌های دی ان ای می‌توانند به دانشمندان کمک کنند تا درک بهتری از نحوه تعامل نرون‌ها با یکدیگر به دست آورند. محققان همچنین می توانند از آنها برای مطالعه بیماری هایی مانند سرطان و عملکرد بیش از ۲۰۰ نوع سلول بدن استفاده کنند.

در مرحله بعد، این تیم مطالعات بیشتری در مورد سلول های مصنوعی و واقعی و همچنین با انواع مختلف مولکول ها انجام خواهد داد.

نتایج این مطالعه در نشریه ساینس ادونسز منتشر شده است.