الحوسبة الخلوية هي "البوابة المنطقية" التي تمهد الطريق لأجهزة الكمبيوتر النانوية لمعالجة السرطان والأمراض الأخرى.
لقد أنشأ نيكولاي دوكوليان، وهو أستاذ في كلية الطب في ولاية بنسلفانيا، وزملاؤه – إضافة إلى باحثين في مرحلة ما بعد الدكتوراه في علم الأدوية - "بوابة منطقية" تشبه الترانزستور، وهي نوع من العمليات الحسابية حيث المدخلات المتعددة تتحكم بالمخرجات، وتدمجها بالبروتين.
خلص الباحثون إلى أنه لا يمكنهم فقط تنشيط البروتين بسرعة باستخدام الضوء ودواء الرابامايسين، ولكن أدى أيضاً هذا التنشيط إلى تغيرات داخلية عززت قدرات البروتين اللاصقة، مما أدى في النهاية إلى تخفيض مستوى حركتها.
طالما كان إنشاء أجهزة كمبيوتر نانوية للاستخدام في الرعاية الصحية الدقيقة حلماً للعديد من العلماء ومقدمي الرعاية الصحية. الآن، ولأول مرة، أنتج باحثون في ولاية بنسلفانيا عامل حوسبة نانوية يمكنه التحكم بوظيفة بروتين معين يشارك في حركة خلايا ونمو ورم سرطاني خبيث. يمهد البحث الطريق لبناء أجهزة كمبيوتر نانوية معقدة للوقاية والعلاج من السرطان وأمراض أخرى.
قال دوكوليان: "إن بوابتنا المنطقية هي مجرد بداية لما يمكن أن نسميه الحوسبة الخلوية، لكنها الأساس الذي يوضح القدرة على تضمين العمليات الشرطية في البروتين والتحكم بوظيفته. وهي ستسمح لنا باكتساب فهم أعمق لبيولوجيا الإنسان والأمراض وتقدم إمكانيات لتطوير علاجات دقيقة".
يشمل فريق البوابة المنطقية نطاقي استشعار مصممين للاستجابة لمدخلين - الضوء وعقار الرابامايسين. استهدف الفريق التصاق بروتين كيناز البؤري (FAK) لأنه يشارك في التصاق الخلية وحركتها، وهي خطوات أولية في تطور انتشار السرطان.
قال أحد الباحثين المشاركين: "أولاً، أدخلنا مجالاً حساساً للرابامايسين، يسمى يونيريبر uniRapr، والذي تم تصممه ودراسته في المختبر سابقاً، في الجين الذي يشفر التصاق كيناز البؤري FAK". "بعد ذلك، دخلنا المجال، LOV2، الحساس للضوء. بمجرد تحسين كلا النطاقين، قمنا بدمجهما بتصميم نهائي واحد لبوابة منطقية".
أدخل الفريق الجين المعدل في خلايا هيلا السرطانية المعروفة بأنها تنمو بسرعة كبيرة بحيث يمكنها أن تلوث وتتغلب على مزارع الخلايا الأخرى، وراقبوا الخلايا في المختبر. درسوا تأثيرات كل من المدخلات على حدة، بالإضافة إلى التأثيرات المجمعة للمدخلات، على سلوك الخلايا.
اكتشفوا أنه لا يمكنهم فقط تنشيط التصاق بروتين كيناز البؤري FAK بسرعة باستخدام الضوء والرابامايسين، بل أدى التنشيط أيضاً إلى تغير الخلايا الداخلية التي عززت قدراتها اللاصقة، مما أدى في النهاية إلى تراجع مستوى حركتها.
قال أحد المشاركين بالبحث: "لقد أظهرنا لأول مرة أنه يمكننا بناء عامل حوسبة نانوية فعال داخل الخلايا الحية، يمكنه التحكم بسلوك الخلية. واكتشفنا أيضاً بعض الميزات المثيرة للاهتمام المتعلقة بالتصاق بروتين كيناز البؤري FAK، مثل التغييرات التي يطلقها في الخلايا عند تنشيطه".وأشار الباحث دوكوليان إلى أن الفريق يأمل في اختبار عوامل الحوسبة النانوية داخل الكائنات الحية في نهاية المطاف.
-----