الاستفادة من هياكل الروتاكسين لأنظمة الإطلاق الجيل التالي في الطب والتكنولوجيا

توصيل الأدوية والمواد ذاتية الإصلاح باستخدام الروتاكسين

توصيل الجزيئات في نقطة دقيقة مهمة صعبة للغاية، لكنها ضرورية لعمل العديد من الأدوية، مثل علاجات السرطان. حتى الآن، كانت معظم أنظمة التوصيل محدودة بالتفعيل عبر التفاعلات الكيميائية أو تعاني من أداء ضعيف. وبالمثل، تحتاج المواد ذاتية الإصلاح إلى إطلاق نظام الإصلاح عند تعرضها لإجهاد ميكانيكي. بفضل بنية جزيئية جديدة تُدعى الروتاكسين، اكتشفها باحثون في جامعة مانشستر بالمملكة المتحدة، قد تصبح هاتان الابتكارتان ممكنتين.

ما هو الروتاكسين؟

الروتاكسينات هي جزيئات متشابكة، حيث يمر جزيء دائري (شكل الدونات) بوليمر أطول عبر مركزه.

المصدر: M stone في ويكيبيديا الإنجليزية، CC BY-SA

في حالة اكتشاف جامعة مانشستر، استخدموا جزيئًا طويلًا ومعقدًا حساسًا للقوة الميكانيكية.

على طول سلسلة الجزيء، ربطوا ما يُسمى “جزيئات الشحن” ذات الاهتمام، باللون الأزرق في هذا المخطط:

المصدر: Nature

عند تطبيق القوة على المادة، يدفع الجزء الدائري من الروتاكسينات ويُطلق جزيئات الشحن.

هذا يجعل نموذج جزيء الروتاكسين هذا كاشفًا مثاليًا للقوة وآليات الإطلاق في آن واحد.

المصدر: Nature

الروتاكسينات المحسّنة

الإطلاق الكيميائي المستحث بالقوة ليس مفهومًا جديدًا في حد ذاته. ومع ذلك، كانت الأنظمة السابقة محدودة في عدد الجزيئات التي يمكنها إطلاقها، حيث كان يُطلق جزيء واحد فقط لكل كاشف قوة.

“القوى موجودة في كل مكان في الطبيعة وتلعب أدوارًا محورية في عمليات متعددة. هدفنا كان استغلال هذه القوى لتطبيقات تحويلية، خصوصًا في متانة المواد وتوصيل الأدوية.”

“على الرغم من أن هذا مجرد تصميم إثبات مفهوم، نعتقد أن نهجنا القائم على الروتاكسين يحمل إمكانات هائلة مع تطبيقات واسعة النطاق – نحن على أعتاب تقدمات مذهلة حقًا في الرعاية الصحية والتكنولوجيا.” – Guillaume De Bo, أستاذ الكيمياء العضوية في جامعة مانشستر

بدلاً من ذلك، يمكن استخدام استراتيجيات التغليف الفيزيائي لتوصيل حمولة شحن أكبر، لكن هذه غالبًا ما تكون عرضة للإطلاق غير الميكانيكي غير المرغوب فيه.

يمكن لتصميم الروتاكسين الجديد بدلاً من ذلك إطلاق العديد من الجزيئات مرة واحدة (حتى 5) بطريقة مُتحكم فيها.

عمليًا، يمكن تحفيز الإطلاق إما عبر إجهاد ميكانيكي (مثل صدمة أو خدش على شاشة هاتف) أو عبر الموجات فوق الصوتية المستهدفة، مما يسمح بالإطلاق المستهدف للدواء فقط في موقع الورم.

قيد آخر في النظام السابق كان محدودية أنواع الجزيئات التي يمكن إطلاقها، مما جعلها غير مناسبة للأدوية المبتكرة.

أظهر الباحثون في منشورهم العلمي في Nature أن نظامهم يمكن استخدامه لمركبات الأدوية، والعلامات الفلورية، والمح catalysts، والموحدات، مما يفتح العديد من التطبيقات المحتملة.

بالإضافة إلى ذلك، يوفر هذا النظام إمكانية إطلاق وحدات شحن مختلفة بترتيب محدد.

تطبيقات الروتاكسينات

التقنية الحيوية

أقرب تطبيق عملي سيكون في أنظمة توصيل الأدوية. حاليًا، يهيمن هذا المجال على الاستخدام المتزايد للموصلات الدوائية المضادة للأجسام.

بفضل الدقة الفائقة للعلاج بالموجات فوق الصوتية، يمكن لأنظمة التوصيل القائمة على الروتاكسين السماح بتوصيل الدواء فقط في نقاط محددة من الجسم. تم اختبار النظام بالفعل لتوصيل الدوكسوروبيسين، وهو عامل كيميائي واسع الطيف قوي.

أظهرت النتائج الأولية للبحث كفاءة إطلاق بلغت 71% باستخدام الموجات فوق الصوتية و65% في اختبار الدوكسوروبيسين.

مواد ذاتية الإصلاح

العديد من المواد، من المعادن إلى البلاستيك، ستستفيد من القدرة على “الشفاء الذاتي” عند تعرضها لإجهاد ميكانيكي أو تشققات أو صدمات.

نظرًا لأن الروتاكسينات التي تتفاعل مع القوة الميكانيكية ستتفاعل فقط عند نقطة الإجهاد، يمكن استخدامها لإطلاق أنظمة الإصلاح مباشرةً في الموقع المطلوب، قبل أن يتفاقم الضرر.

هذا قد يفتح إمكانية شاشات ذاتية الإصلاح، أو قطع معدنية، أو حتى خرسانة.

خصائص الإصلاح الذاتي لن تدوم إلى الأبد، لكنها يمكن أن تحسن بشكل كبير من متانة المواد. خاصةً عندما يتطلب الأمر حدوث الضرر في نفس النقطة مرتين، حيث تكون الروتاكسينات قد استُنفدت بالفعل، لتفشل خصائص الإصلاح.

أجهزة الاستشعار والسلامة

نظرًا لأن نظام الروتاكسين الجديد يمكن أيضًا استخدامه لإطلاق علامات فلورية (ويمكن أيضًا علامات لونية)، يمكن أن يُستَخدم كنظام “تحذير” للأضرار التي قد تظل غير مرئية otherwise. هذا قد يكون مفيدًا جدًا للكشف عن الإجهاد الميكانيكي أو تعب المعادن في الهياكل والآلات قبل حدوث كسر كارثي فعلي.

يمكن أيضًا استخدامه لإثبات سلامة الختم أو الحاوية، مثل المنتجات الصيدلانية أو الغذائية.

شركات الروتاكسين

الروتاكسينات، في الوقت الحالي، ما زالت فئة تجريبية من الجزيئات تُنتج وتُدرس في المختبرات في الغالب. ومع ذلك، بعض الشركات تجرب مواد ذاتية الإصلاح وتوصيل الأدوية القائم على الموجات فوق الصوتية.

1. EXACT Therapeutics (EXTX)

هذه الشركة الناشئة في التقنية الحيوية تستفيد من علاجاتها الموجهة صوتيًا (Acoustic Cluster Therapy or ACT) لعلاج السرطان عن طريق زيادة امتصاص الخلايا السرطانية للكيماوي.

المصدر: Exact Therapeutics

الشركة حاليًا في المرحلة الثانية من التجارب السريرية لسرطان البنكرياس والمرحلة الأولى للمرضى الذين يعانون من نقائل كبدية ثانوية لسرطان القولون والمستقيم.

تستخدم حاليًا فقاعات ميكروية سالبة الشحنة وقطرات ميكروية موجبة الشحنة، لكنها قد تستخدم الروتاكسينات في المستقبل لتوصيل أكثر تركيزًا وكفاءة للدواء.

2. Arkema (AKE.PA)

الشركة الفرنسية هي مُصنِّع منتجات كيميائية، تأسست كفرع من شركة البتروكيماويات توتال، وتُركز على المواد اللاصقة، والطلاءات، والمواد المتقدمة، كل منها يمثل تقريبًا ثلث النشاط الكلي.

ومن الجدير بالذكر أنها تعمل على الإيلاستومرات والمطاطيات ذاتية الإصلاح منذ 2009.

الشركة نشطة في العديد من الفئات الكيميائية وتُستخدم في جميع الصناعات تقريبًا.

المصدر: Arkema

استراتيجية Arkema هي أن تكون المورد الرائد في كل niche تشغله، حيث تحتل المرتبة #1 إلى #3 عالميًا في 90% من محفظتها.

نظرًا للوجود الطويل في مجال المواد ذاتية الإصلاح والملكية الفكرية القيمة للشركة، قد تجعلها مرشحًا رئيسيًا لنشر تقنية الروتاكسين التجارية في المستقبل.

3. Autonomic Materials

المصدر: Autonomic Materials

الشركة الخاصة المتداولة تتخصص في المواد ذاتية الشفاء، خاصة الطلاءات المقاومة للتآكل، مع مجموعة واسعة من التطبيقات والصناعات.

تتفاعل مواد الطلاء الخاصة بالشركة فور ظهور شق ميكروي، مما يمنع انتشار الضرر. إذا كان الضرر كبيرًا، فإنها تعيد إغلاق حواف منطقة الضرر، مانعة فقدان الالتصاق وتفكك الطلاء لاحقًا.

تدعي الشركة تحقيق أداء عالٍ جدًا مع تحقيق مستوى منخفض جدًا من انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة (VOC)، وهي مواد قد تكون سامة وتسبب مشاكل سلامة في البيئات الصناعية.

المصدر: Autonomic Materials