الخلية الاصطناعية

ما هي الخلايا الاصطناعية؟

تشير الخلايا الاصطناعية إلى فئة من الهياكل الاصطناعية، حيث يتم تغليف المكونات النشطة بيولوجيًا على سبيل المثال، البروتينات أو الجينات أو الإنزيمات أو الهياكل الخلوية الأخرى في أغشية اصطناعية، تم استخدام البوليمر والبروتين والدهون ومقارناتها لإنشاء أغشية اصطناعية.

يمكن أن تنتشر الجزيئات الصغيرة بسرعة عبر الغشاء، في حين أن المكونات النشطة داخل الغشاء محمية ضد الأجسام المضادة أو الإنزيمات التجريبية بالخارج، بصفته رائد البحث في الخلايا الاصطناعية أبلغ توماس لأول مرة عن تحضير إنزيمات مغلفة في أغشية البوليمر؛ لتكوين كبسولات دقيقة ثابتة يتراوح قطرها من 1 إلى 100 ميكرومتر، وأظهر أن الإنزيمات المغلفة يمكن أن تعمل بكفاءة تقريبًا، كما هو الحال في المحلول الحر على ركائز الجزيئات الصغيرة.

أحد التطبيقات الناجحة المبكرة للخلايا الاصطناعية؛ هو في الدم لعلاج الفشل الكلوي والانتحار الحاد أو التسمم العرضي، وإزالة الألمنيوم والحديد هو الآن في الممارسة السريرية الروتينية في جميع أنحاء العالم، حيث يتم تغليف المواد الماصة المنشطة مثل الفحم في أغشية اصطناعية، مما يسمح للجزيئات الصغيرة بالتوازن عبر جدار الخلية ومنع إطلاق المواد الماصة في الدم، كما في بعض الظروف يتم وضع طبقة إضافية من الألبومين لزيادة التوافق الحيوي للخلايا الاصطناعية في الدم.

نوع آخر من الخلايا الاصطناعية التي تجذب الانتباه المكثف هي خلايا الدم الاصطناعية لاستخدامها كبديل للدم، حيث تم تغليف الهيموجلوبين وأنزيمات خلايا الدم الحمراء الأخرى في غشاء بوليمر شديد الرقة لتكوين خلايا دم اصطناعية، ويمكن لهذه الخلايا نقل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون ومع ذلك، فإنهم يبقون على قيد الحياة لفترة قصيرة فقط في الدورة الدموية.

تم تصغير خلايا الدم الاصطناعية باستخدام الحويصلات الدهنية كأغشية للخلايا لزيادة وقت بقائهم على قيد الحياة، تم إجراء تحسين أيضًا عن طريق ربط الهيموغلوبين المتقاطع باستخدام إما ثنائي حامض أو جلوتارالدهيد لتشكيل بولي هيموغلوبين والذي يمكن أن يمنع انهيار الهيكل الرباعي للهيموجلوبين وزيادة تقارب الأكسجين.

تم بالفعل إثبات أن الخلايا الاصطناعية التي تحتوي على مادة البولي هيموغلوبين هي طب بيطري، وهي حاليًا في المرحلة النهائية من التجارب السريرية، كما يتضمن العمل البحثي بشكل عام تغليف البروتينات أو الإنزيمات النشطة في أغشية اصطناعية.

مع التقدم في البيولوجيا الجزيئية والهندسة الوراثية أصبح من الممكن بشكل متزايد بناء نظام حي حقيقي، والذي سيتسم بقدرته على التكرار الذاتي، حيث يتم اقتراح استراتيجيتين رئيسيتين تهدف الاستراتيجية الأولى إلى بناء خلية اصطناعية يمكنها تصنيع الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) من نوكليوتيدات ثلاثي الفوسفات باستخدام جزيئات القالب.

ثم يتم ترجمة المعلومات الجينية التي يحملها (DNA) و(RNA) لتوجيه تخليق البروتينات الوظيفية، وتقترح الاستراتيجية الأخرى إدخال الحد الأدنى من مجموعة الجينات المغلفة في أغشية اصطناعية لإنشاء التمثيل الغذائي الأساسي لإنتاج البروتين ونظام النسخ الذاتي لتكاثر الخلايا.

الكبسلة الدقيقة للخلايا الاصطناعية:

الكبسلة الدقيقة للخلايا الاصطناعية هو مفهوم يتم فيه تغليف المواد النشطة بيولوجيًا في أغشية بوليمرية شبه قابلة للنفاذ رفيعة جدًا متخصصة، والقدرة على التكيف بتكلفة منخفضة نسبيًا، حيث يمكن لغشاء البوليمر حماية المواد المغلفة من البيئات الخارجية القاسية مع السماح في نفس الوقت بعملية التمثيل الغذائي للمذابات المختارة القادرة على المرور داخل وخارج الكبسولة الدقيقة.

بهذه الطريقة يمكن الاحتفاظ بالمادة المغلقة في هذه الحالة البكتيريا الحية بالداخل وفصلها عن البيئة الخارجية، مما يجعل الكبسلة الدقيقة مفيدة بشكل خاص للتطبيقات الطبية الحيوية والسريرية وبالتالي، عندما يتم تناولها عن طريق الفم يصل عدد كبير من البكتيريا القابلة للرقابة إلى الأمعاء والقولون.

تكون أغشية الكبسولات الصغيرة قابلة للنفاذ إلى الجزيئات الأصغر، وبالتالي تقوم الخلايا الموجودة داخل الكبسولات الصغيرة باستقلاب الجزيئات الصغيرة الموجودة داخل القناة الهضمية أثناء المرور عبر الأمعاء، ولهذه الأسباب تعد الخلايا الاصطناعية التي تحتوي على خلايا بكتيرية مرشحة جيدة جدًا للعلاج بالخلايا الاصطناعية عن طريق الفم.

هذا المفهوم له تطبيق فوري على العلاج الفموي القائم على الكبسلة الدقيقة في حالات الفشل الكلوي والفشل الكبدي والعلاج الجيني المستجيب من الناحية الفسيولوجية والعلاج الجيني الجسدي.

انزيمات الخلايا الاصطناعية:

إن الإنزيم الموجود داخل الخلايا الاصطناعية محمي من البيئة خارج الخلية، ولكن الركائز الأصغر من البروتين يمكن أن تتوازن بسرعة في الخلايا الاصطناعية ويمكن أن تنتشر المنتجات، ومع نقص خلقي في الكاتلاز يحل هذا محل الإنزيمات الناقصة ويمنع الحيوانات من التأثيرات الضارة للمواد المؤكسدة.

تحمي الخلايا الاصطناعية الإنزيم المغلق من التفاعلات المناعية، وقد تبين أيضًا أن الخلايا الاصطناعية المحتوية على الأسباراجيناز المزروعة في الفئران المصابة بالساركوما اللمفاوية تؤخر ظهور الساركوما اللمفاوية ونموها، والمشكلة الوحيدة التي تمنع التطبيق السريري للإنزيم الاصطناعي الخلايا هي الحاجة إلى حقن هذه الخلايا الاصطناعية الإنزيمية بشكل متكرر.