الروبوتات المصغرة ستقدم تصورًا جديدًا للطب الحديث

تخيلوا روبوتات صغيرة تعمل في المناطق المريضة داخل أجسامنا، كداخل الورم أو الأوعية القريبة من الانسداد، وحتى داخل أمعائنا، فتجري الإصلاحات اللازمة، وتنقل أدوية متنوعة إلى هذه المواضع المريضة وحدها وتطلقها فيها. وقد تناول أكثر من فيلم خيال علمي هذه الفكرة حتى اليوم. لكن يبدو أن هذه الأفكار، التي تبدو خيالية، ستصبح حقيقة مستقبلًا.

في الروبوتات الطبية الصغيرة، تُسمى الروبوتات المليمترية تلك التي يبلغ حجم أجزائها الداخلية 1 مليمتر أو أكثر. أما الروبوتات المجهرية فأصغر بكثير، وقد تتراوح أبعادها من 1 ميكرومتر إلى 1 مليمتر.

ملاحظة: إن سبب تسمية هذه الروبوتات مليروبوت هو تشبيه بنيتها في النماذج الأولى بأم أربعة وأربعين. ففي اللاتينية تعني «mille»، أي ألف، و«pedes»، أي قدم، كلمة أم أربعة وأربعين.

أنواع الروبوتات المصغرة

مناظير الكبسولة

تقدم مناظير الكبسولة مثالًا جيدًا على الروبوتات المليمترية، كما في الشكل 1. ونرى اليوم دخول تنظير الكبسولة إلى الممارسة السريرية بسرعة متزايدة. وهذه الروبوتات بحجم حبة دواء وتحتوي كاميرا، وبعد ابتلاعها تصور المعدة والأمعاء أثناء عبورها وترسل الصور عادة إلى جهاز تسجيل خارج الجسم. ثم يفحص الأطباء الصور لتشخيص أمراض الجهاز الهضمي. وأكبر مزاياها مقارنة بالتنظير التقليدي راحة المريض. ومن أبرز أوجه القصور التي يلزم تطويرها مستقبلًا عدم إمكان أخذ خزعة من موضع المرض أو إجراء علاجات تدخلية. ومع ذلك، يجري تطوير مناظير كبسولة تستطيع أخذ خزعات أيضًا.

روبوتات لينة موجهة بالتيار المغناطيسي

مثال آخر هو الروبوتات اللينة المستمرة، continuum، ذات المغناطيسية الحديدية المطورة حديثًا. وهي رفيعة وطويلة، وتشبه القساطر في الواقع، كما في الشكل 2. وبفضل المادة المغناطيسية في بنيتها يمكن تحريكها بمجال مغناطيسي خارجي. وأظهر الباحثون العام الماضي قدرتهم على توجيهها في نموذج غير حي يحاكي أوعية الدماغ. ويُتوقع استخدامها خصوصًا في أمهات دم الأوعية الدماغية، أي الانتفاخات، وفي فتح الخثرة ميكانيكيًا في السكتات الإقفارية الحادة.

إذا نظرنا إلى الروبوتات الطبية المجهرية، وجدنا نطاقًا أوسع بكثير. وتوجد نماذج أولية كثيرة أُنتجت حتى الآن، وتتراوح مجالات استخدامها من إيصال جزيئات الأدوية إلى تحريك الخلايا المناعية ونقلها إلى مناطق المرض المطلوبة.

روبوتات السباحة المجهرية

يركز الباحثون في معظم النماذج الأولية في الواقع على حل المشكلات الأساسية. فمن أمثلة المشكلات الكثيرة التي تواجه المهندسين والعلماء تحريك هذه الروبوتات الصغيرة وتوجيهها، وتجاوز الأغشية والحواجز البيولوجية، وتحميلها بجزيئات الدواء، وتجنب استجابة الخلايا المناعية للأجسام الغريبة.

عالمنا الرائد في الروبوتات المصغرة البروفيسور الدكتور متين سيتي وأعماله

يفخر بلدنا بأبحاثه في هذا المجال، وهو البروفيسور الدكتور متين سيتي وفريقه في معهد Max Planck بألمانيا، حيث ينجزون دراسات تثير الاهتمام يومًا بعد يوم. وقد أظهروا في دراسة نُشرت حديثًا أن الروبوتات المجهرية الحلزونية السابحة، microswimmer تسبب استجابات مختلفة في الخلايا المناعية بحسب اختلاف عدد اللفات في بنيتها، وأن تغيير عدد اللفات الحلزونية قد يسمح للروبوتات بالإفلات من خلايا الجسم المناعية، كما في الشكل 3. ويهدفون بذلك إلى خفض خطر تسبب الروبوتات المجهرية في تفاعلات تحسسية خطيرة في جسم الإنسان.

الروبوتات المجهرية المتدحرجة

هذا العام أيضًا، في دراسة نُشرت في المجلة العلمية Science Robotics، طرح متين سيتي وفريقه أن الروبوتات المجهرية المتدحرجة، microrollerيمكن استخدامها لإيصال الدواء تحت جريان الدم، كما في الشكل 4. وتتكون نواة هذه الروبوتات المجهرية من السيليكا، بينما يُغطى سطحها الخارجي بالذهب والنيكل.

تُحرك هذه الروبوتات بالمجال المغناطيسي، ويمكن تحميل جزء السيليكا بعوامل علاجية موجهة، ويُتوقع أن تتحرك بالتدحرج داخل الأوعية الدموية. ويستخدم سيتي وفريقه البحثي نماذج تمثل البيئات الحية في المختبر لاختبار ذلك تجريبيًا.

استخدام البكتيريا روبوتات مجهرية

صمموا نظامًا آخر يقوم على ربط البكتيريا بكريات الدم الحمراء البشرية عبر معقد البيوتين والأفيدين، وهو أعلى أنماط الارتباط المعروفة قوة بين الروابط غير التساهمية، ثم تحميل الكريات بأكاسيد الحديد التي يمكن توجيهها بالمجال المغناطيسي، وتحميل داخلها في الوقت نفسه بدواء مثل دوكسوروبيسين المضاد للسرطان. وبينما توفر أسواط البكتيريا الطاقة اللازمة للحركة، قد يتيح التوجيه المغناطيسي نقل هذه البنى إلى الموضع المطلوب في الجسم، كما في الشكل 5.

في النهاية، كما نرى، يجري تطوير نماذج أولية كثيرة في هذا المجال وتستمر التجارب. لكن قد يكون أمامنا طريق طويل حتى تقود الروبوتات الطبية المجهرية إلى علاجات اختراقية مستقبلًا، لأن هذا المجال ما زال منشغلًا بحل المشكلات الأساسية، ولم يبدأ بعد اختبار الأبحاث في نماذج in vivo، أي حية. ومع ذلك، فإن سرعة الأبحاث المذهلة تقنعنا بالنظر إلى المستقبل بأمل.

من هو متين سيتي؟

حصل البروفيسور متين سيتي على البكالوريوس والماجستير من قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية في جامعة Boğaziçi، والدكتوراه عام 1999 من قسم الهندسة الكهربائية بجامعة Tokyo. وعمل باحثًا بعد الدكتوراه وعضو هيئة تدريس في جامعة California في Berkeley بالولايات المتحدة بين 1999-2002، وأستاذًا في جامعة Carnegie Mellon بين 2002-2016. ومنذ 2014 يعمل مديرًا في معهد الأنظمة الذكية التابع لجمعية Max Planck بألمانيا. ومنذ 2018 يعمل أيضًا أستاذًا بدوام جزئي في كليتي الطب والهندسة بجامعة Koç. وتشمل أبحاثه موضوعات متنوعة ضمن الروبوتات المجهرية والأنظمة الذكية، كالروبوتات والأجهزة الطبية المجهرية، والروبوتات المصغرة المستوحاة من الطبيعة، والروبوتات اللينة. ولتسويق المواد اللاصقة الليفية المجهرية التي ابتكرها مستلهمًا شعيرات أقدام سحلية الوزغ، أسس عام 2009 في الولايات المتحدة شركة ناشئة باسم nanoGriptech A.Ş.، وتُستخدم هذه المادة اللاصقة المبتكرة جدًا في منتجات كثيرة بالسوق منذ 2018.

من جوائز متين سيتي وألقابه الكثيرة ميدالية Rahmi Koç للعلوم عام 2018، وجائزة ERC Advanced Grant عام 2019، وجائزة أفضل مقالة في مؤتمر Robotics Science & Systems عام 2019، ولقب IEEE Fellow عام 2014، وجائزة أفضل مقالة في الميكاترونيات من IEEE/ASME عام 2014، وجائزة SPIE Nanoengineering Pioneer عام 2011، وجائزة National Science Foundation CAREER عام 2005. وله أكثر من 450 مقالة في مجلات ومؤتمرات محكمة. ونُشرت أكثر من 250 مقالة دورية في مجلات رائدة، منها Nature وNature Materials وNature Communications وProceedings of the National Academy of Sciences وScience Robotics وScience Advances وAdvanced Materials. وقد تلقت مقالاته حتى الآن أكثر من 22,000 استشهاد. ونشرت MIT Press أحدث كتبه، Mobile Microrobotics، عام 2017. وقدم أكثر من 200 محاضرة مدعوة في المؤتمرات والجامعات والشركات المهمة في مجاله. كما يتولى رئاسة تحرير Progress in Biomedical Engineering وJournal of Micro-Bio Robotics.