تمكن باحثون من تصميم نموذج أولي لكمامة يمكنها تشخيص الإصابة بكوفيد-19 في غضون 90 دقيقة، باستخدام تقنية مبتكرة للاستشعار. ومن المتوقع أن تساعد هذه التقنية المبتكرة كذلك في تطوير أجهزة استشعار يمكن ارتداؤها لمجموعة متنوعة من مسببات الأمراض الأخرى أو المواد الكيميائية السامة.
وتعتمد هذه المستشعرات التي طورها باحثون ومهندسون في معهد ماساشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة هارفارد (Harvard University)، على آلات خلوية طورها فريق البحث سابقا لاستخدامها في تشخيص الإصابة بفيروسات مثل إيبولا وزيكا، وفقا لبيان صحفي نشر على موقع المعهد.
مم تتكون هذه المستشعرات؟
تعتمد المستشعرات الجديدة القابلة للارتداء وكمامة التشخيص الجديدة على تقنية يعمل أستاذ الهندسة الطبية والعلوم في معهد ماساشوستس للتكنولوجيا جيمس كولينز على تطويرها منذ سنوات، تتمثل في إنشاء نسيج اصطناعي من البروتينات والأحماض النووية المجففة.
وأظهرت نتائج التجارب التي قام بها الباحث أن هذه الشبكة الجينية تتفاعل مع جزيئات مستهدفة محددة يمكن دمجها في الورق، ثم استخدم هذه التقنية لإنشاء تشخيصات ورقية لفيروس إيبولا وزيكا.
وطور الباحث على هذا الأساس نظام استشعار يُعرف باسم “شيرلوك” (SHERLOCK)، يسمح بالكشف عن الأحماض النووية بحساسية عالية.
وتشمل مراحل تطوير هذا النظام تجفيف مكوناته المستخدمة للاستشعار عبر تجميدها -وهي تقنية تعرف أيضا بالتجفيد- لتظل مستقرة عدة أشهر، إلى أن يتم ترطيبها.
وعندما يتم تنشيطها بواسطة الماء، تتفاعل مكونات نظام الاستشعار مع الجزيء المستهدف الذي يمكن أن يكون أي تسلسل “آر إن إيه” (RNA) أو “دي إن إيه” (DNA) أو نوع آخر من الجزيئات.
وينتج عن هذا التفاعل إشارة مثل التغير في اللون يمكن رؤيته بالعين المجردة، أو إشارة الفلورسنت أو الإنارة، والتي يمكن قراءتها باستخدام مقياس طيف محمول باليد.
دمج المستشعرات الجديدة في الكمامات
وفي دراسة جديدة نشرت في دورية “نيتشر بيوتكنولوجي” (Nature Biotechnology)، أظهر الباحثون أنه يمكن دمج أجهزة الاستشعار هذه في الكمامات المستخدمة حاليا على نطاق واسع للحماية من الإصابة بفيروس كوفيد-19، وكذلك في الملابس مثل معاطف المختبر، مما قد يوفر طريقة جديدة لمراقبة تعرض العاملين في مجال الرعاية الصحية لمجموعة متنوعة من مسببات الأمراض أو غيرها من التهديدات.
يقول المشرف على إنجاز الدراسة جيمس كولينز “لقد أثبتنا أنه يمكننا تجميد وتجفيف مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار البيولوجية لاكتشاف الأحماض النووية الفيروسية أو البكتيرية، وكذلك المواد الكيميائية السامة”.
وصمم الباحثون مستشعرات الكمامة الجديدة بحيث يمكن تنشيطها بواسطة مرتديها عندما يريد إجراء الاختبار، ولا تُعرض النتائج إلا في داخل الكمامة، من أجل خصوصية المستخدم.
كيف تكشف الإصابة بفيروس كورونا؟
لإنتاج كمامة تشخيص فيروس كورونا، وضع الباحثون مستشعرات “شيرلوك” المجففة بالتجميد في قناع ورقي. وتحتوي النماذج الأولية التي تم تطويرها في هذه الدراسة على مستشعرات داخل الكمامة لاكتشاف حالة المستخدم، بالإضافة إلى أجهزة استشعار موضوعة على الجانب الخارجي منها، لاكتشاف ما تحتويه البيئة المحيطة من فيروسات.
وتتضمن الكمامة أيضا خزانا صغيرا من الماء يتم فتحه بضغطة زر عندما يكون مرتديه جاهزا لإجراء الاختبار. يعمل هذا على ترطيب المكونات المجففة بالتجميد لمستشعر كوفيد-19، الذي يحلل قطرات التنفس المتراكمة داخل القناع ويعرض النتيجة في غضون 90 دقيقة.
يقول الباحثون إن هذا الاختبار تبلغ درجة حساسيته حساسية اختبار “تفاعل البوليمريز المتسلسل” (PCR)، ولكنه سريع مثل اختبارات المستضد المستخدمة في التحليل السريع للكوفيد-19.
وقد تقدم الباحثون بطلب للحصول على براءة اختراع بشأن هذا الابتكار الجديد، ويأملون في العمل مستقبلا على مواصلة تطوير أجهزة الاستشعار القائمة على هذه التقنية، وستكون كمامات الوقاية من كوفيد-19 أول تطبيق يمكن إتاحته في هذا المجال.
المصدر : مواقع إلكترونية
