يتواصل الجهاز القابل للارتداء مع الأنظمة البيولوجية للتحكم في التعبير الجيني 

أصبحت الأجهزة القابلة للارتداء سائدة وتكتسب المزيد من التقدم. عادة ما تتفاعل هذه الأجهزة مع المواد الحيوية مع الإلكترونيات. تعمل بعض الأجهزة الكهرومغناطيسية التي يمكن ارتداؤها كحاصدات طاقة ميكانيكية لتزويد الطاقة. حاليا, ولا تتوفر "واجهة كهروجينية مباشرة". وبالتالي، لا يمكن للأجهزة القابلة للارتداء برمجة العلاجات القائمة على الجينات بشكل مباشر. طور الباحثون أول واجهة كهربائية وراثية مباشرة تمكن من التعبير الجيني في الخلايا البشرية. يُسمى DART (تقنية التنظيم التي يتم تشغيلها بالتيار المستمر)، ويستخدم مصدرًا للتيار المستمر لتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية التي تعمل على المروجين الاصطناعيين للتعبير. في نموذج فأر مصاب بالسكري من النوع الأول، قام الجهاز بتحفيز الخلايا البشرية المهندسة المزروعة تحت الجلد لإطلاق الأنسولين الذي أعاد الحالة الطبيعية دم مستوى السكر.  

الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء مثل الساعات الذكية وأجهزة تتبع اللياقة البدنية ، سماعات VR، والمجوهرات الذكية ، والنظارات التي تدعم الويب ، وسماعات البلوتوث والعديد من الأجهزة المتعلقة بالصحة شائعة هذه الأيام وتكتسب مكانة متزايدة خاصة في مجال الصحة. عادةً ما تتفاعل الأجهزة غير الغازية والمتعلقة بالصحة مع المواد الحيوية (بما في ذلك الإنزيمات) مع الإلكترونيات وتُستخدم لمراقبة الحركة والعلامات الحيوية والمؤشرات الحيوية في السوائل الحيوية (العرق واللعاب والسائل الخلالي والدموع). تعمل أيضًا بعض الأجهزة القابلة للارتداء الأجهزة الكهرومغناطيسية بمثابة حصادات طاقة ميكانيكية لتزويد الطاقة.  

مترابطة أجهزة يمكن ارتداؤها تلعب دورًا رئيسيًا في جمع البيانات الصحية للأفراد والتي يمكن أن تكون مفيدة في توفير الرعاية الصحية الشخصية بما في ذلك العلاجات القائمة على الجينات. السكري من النوع 1 هي إحدى هذه الحالات حيث يمكن لجهاز المراقبة القابل للارتداء أن يحفز ويتحكم في تعبير الأنسولين في الخلايا البشرية المهندسة المزروعة تحت الجلد لإطلاق الأنسولين واستعادة مستوى السكر في الدم الطبيعي. ستحتاج الأجهزة إلى واجهة جينية كهربائية للتحكم في التعبير الجيني. ولكن نظرًا لعدم توفر أي واجهة اتصال وظيفية ، تظل العوالم الإلكترونية والجينية غير متوافقة إلى حد كبير ، ولم يتم تطوير الأجهزة القابلة للارتداء حتى الآن لتوفير العلاجات الجينية.  

نجح باحثون في ETH Zurich ، بازل ، سويسرا مؤخرًا في تطوير مثل هذه الواجهة التي مكنت جهازًا إلكترونيًا من التواصل مع العالم الجيني من خلال استخدام تيار مستمر منخفض المستوى. المسماة DART (تقنية التنظيم الحالية المباشرة) ، وهذا يولد مستويات غير سامة من أنواع الاكسجين التفاعلية لضبط المروجات الاصطناعية بشكل عكسي. في نموذج الفئران ، نجح تطبيقه في تحفيز الخلايا البشرية المهندسة المزروعة تحت الجلد لإفراز الأنسولين واستعادة مستوى السكر في الدم.  

في الوقت الحالي ، تبدو DART واعدة ، لكنها مرت بتجارب إكلينيكية قاسية وأثبتت جدواها من حيث السلامة والفعالية. في المستقبل ، قد تكون الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء المزودة بـ DART في وضع يمكنها من برمجة التدخلات الأيضية مباشرة. 

*** 

المراجع:  

1. كيم ج. وآخرون.، 2018. الإلكترونيات الحيوية القابلة للارتداء: الأجهزة الإلكترونية التي يرتديها الجسم والتي تعتمد على الإنزيم. Acc. تشيم. الدقة. 2018 ، 51 ، 11 ، 2820-2828. تاريخ النشر: 6 نوفمبر 2018. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00451  

2. هوانغ ، ج. ، زوي ، س. ، بوخمان ، ب. وآخرون. 2023. واجهة الكترونية لبرمجة التعبير الجيني للثدييات بالتيار المباشر. استقلاب الطبيعة. تاريخ النشر: 31 يوليو 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s42255-023-00850-7  

***