در اين ميان يكي از حوزههاي بالقوهاي كه ميدان آزمون و خطاي دانشمندان براي اين هدف بزرگ واقع شده و سيگنالهاي محسوستري براي واقعيتبخشي به ارائه فرمهايي از تلفيق انسان ـ ماشين را وعده ميدهد قلمروي نويد بخش نانو فناوري است.
صحبت از دست و پنجه نرم كردن دانشمندان در حوزه الكترونيك و زيستشناسي با طعم نانوفناوري و تعميم آن به ساختار ماشيني انساني است؛ جايي كه دانشمندان قصد دارند با جايگذاري ترانزيستوري در مقياس نانو درون غشايي سلول مانند پيوندي صميمانهتر از هر زمان ممكن را بين انسان و ماشين رقم بزنند؛ پژوهشي كه ميتوان در نوع خود به فصل مشترك نويني از آدم ـ ماشين بينجامد.
بر اساس يافتههاي جديدي كه طي مقالهاي در نشريه تخصصي نانوي آكادمي ملي علوم آمريكا منعكس شده است، دانشمندان با طراحي و جايگذاري ترانزيستوري در قطع نانو در داخل غشايي زيستي و سلولي شكل، قصد دارند زمينه توانيابي ادوات الكترونيكي را با بهرهگيري از سوخت و در واقع خوراك انرژي خود آن سلول فراهم كنند و به اين ترتيب مقدمه پيوند هر چه نزديكتر انسان و ماشين را كه تاكنون تصور ميشده، فراهم كنند. اين تحقيق ميتواند منجر به انواع جديدي از فصل مشتركهاي انساني ـ ماشيني شود كه طي آن ادوات و تجهيزات تعبيه شده در واحدهاي زيستي قادرند همچون ايستگاه رله، به تقويت و بازپخش اطلاعات در فضاهاي كاري دروني پروتئينهاي مرتبط با بيماريها در غشاي سلولي بپردازند. اين يافتهها ميتوانند به كشف راههاي جديدي براي خوانش ـ و حتي تحت تاثير قرار دادن ـ مغز يا سلولهاي عصبي بينجامند.
الكساندر نوي، دانشمند دانشگاه كاليفرنيا و سرپرست اين پژوهش، توصيف جالبي براي اين وسيله فناورانه ارائه ميكند و معتقد است اين دستگاه تعريف واقعي و دقيق پيوند يكپارچه و بدون درز ساختارهاي زيستشناختي و الكترونيكي است كه تا پيش از اين كسي و به هيچ شكلي تجربه نكرده است. در حقيقت ما مي توانيم پروتئينها يا همان ماشينهاي زيستي واقعي را برداشته و آنها را به بخشي از محيط كاري يك مدار ميكرو الكترونيكي تبديل كنيم.
اما براي ايجاد چنين مدار قابل كاشتي، دانشمندان كار را با يك ترانزيستور ساده آغاز كردهاند؛ يعني همان وسيله الكترونيكي كه تقريبا قلب هر تلفن همراه و رايانهاي روي زمين به حساب ميآيد. اما به جاي استفاده از سيليكون كه معموليترين ماده مورد استفاده در ساخت ترانزيستورهاست، دانشمندان از نسل بعدي مواد پر كاربرد روي زمين ـ نانو لولههاي كربني ـ بهره جستهاند، يعني همان مواد بسيار خرد پوشالي شكل ساخته شده از يك لايه خميده منفرد از اتمهاي كربن با آرايشي همانند شبكههاي يك توپ فوتبال كه بتدريج به جايگزين پر و پيمان ساير مصالح بنياني در ساختارهاي مختلف بدل ميشود.
دانشمندان در مرحله بعدي اين ترانزيستور نانو لولهاي كربني را با يك ليپيد دولايهاي اندود كردهاند كه اساسا ديواره دوگانهاي از مولكولهاي چربي است كه سلولها براي جداسازي درونشان از محيط بيرون استفاده ميكنند. با اين انتخاب، دانشمندان از يك غشاي سلول واقعي استفاده نكردهاند. اما نكته جالب ماشين الكترونيكي زيستي از اين مرحله به بعد است كه دانشمندان به ساختار سلولي پايه يك پمپ يوني اضافه مي كنند. اين پمپ يوني يك وسيله زيستي است كه اتمهاي باردار كلسيم، پتاسيم و ديگر عناصر را به داخل و خارج سلول مورد نظر پمپاژ مي كند. افزودن محلولي از ATP (آدنوزين تري فسفات) كه وظيفه سوخت رساني به اين پمپ يوني را به عهده دارد، فاز بعدي راهاندازي ترانزيستور زيستي است. كار پمپ يوني تغيير دادن بار الكتريكي درون سلول است كه به نوبه خود بار الكتريكي گذرنده از ميان ترانزيستور را تغيير ميدهد و دانشمندان ميتوانند آن را اندازهگيري و نظارت كنند.
نكته مهم اين است كه در مدل اوليه چنين دستگاهي، پمپ زيستي كار توانبخشي به ترانزيستور مصنوعي را انجام ميدهد؛ اما دستگاههاي آينده ميتوانند كاملا بعكس كار كنند، يعني در مدلهاي آينده ترانزيستورهاي زيستي يا انساني يك جريان الكتريكي خارجي ميتواند پمپ را به كار انداخته و نحوه پمپاژ سريع يونها به داخل و خارج يك سلول را عوض كند. به اعتقاد دانشمندان، تحقق چنين مكانيسمي در آينده ميتواند اثرات بالقوه چشمگير و جالب توجهي در بر داشته باشد. به عنوان مثال، به جاي استفاده از داروها براي مسدود كردن و توقف رهاسازي يا جذب داروهاي گوناگون يا حتي ناقلهاي عصبي، دانشمندان ميتوانند جريان الكتريسيته تنظيم كننده پمپ يوني را تغيير دهند كه به نوبه خود ميزان دارو يا مولكول را در داخل يا خارج سلول تغيير خواهد داد.
دستيابي به اين سطح از فناوري در حالي است كه تا پيش از اين نيز گروههاي ديگري براي آميزش ماشين و انسان تلاش كردهاند، اما هيچكدام به چنين سطحي از پيوند نزديك و يكپارچه بين يك ساختار زيستي و ماشين دست نيافتهاند. تاكنون محققان از آنزيمهايي استفاده كردهاند كه قابليت يكي شدن با غشاها را در ترانزيستورها نداشتهاند. اما در اين مورد جديد، دانشمندان توانستهاند آنزيمي را كه معمولا در غشاها كار ميكند به نانو لولههاي كربني ارتباط دهند. در واقع اين پيوند و اتصال جديد ترانزيستور ـ آنزيم ميتواند سرانجام به پايش و حتي درمان بيماريها و عوارض مختلف كمك كند.
محققان معتقدند برخي از آشكارترين عوارض پزشكي كه فناوري جايگذاري ترانزيستوري ميتواند به مطالعه يا تخفيف شرايط آن كمك زيادي كند، مواد و تركيبات سمي و زهرها هستند. بسياري از اين تركيبات شيميايي باعث شكسته يا سوراخ شدن غشاهاي سلولي شده و تراوش و نشت مايع درون سلولي يا همان سيتوپلاسم را به دنبال دارند و اساسا همين ريزش مايع سلولي باعث مرگ سلول ميشود. از طرفي ساير تركيبات سمي نيز باعث ايجاد عدم توازن يوني در سلولها شده كه به نوبه خود مي تواند سبب بروز فلج، سكته و ساير عوارض در بدن شود.
محققان معتقدند چنانچه سلولها بتوانند براي انجام فرآيند پمپاژ يونهاي ضروري به داخل يا خارج سلول تحريك و ترغيب شوند، نقش مؤثري در درمان عارضهاي خاص ايفا خواهند كرد. اين چشمانداز نويدبخش در حالي است كه دانشمندان معتقدند در حوزه سلامت و بويژه دانش پزشكي بايد جدا از رويكرد صرفا مبتني بر شناخت و درك مشكلات و بيماريها به موازات آن به دنبال اتخاذ روشهاي نوين درماني با رويكرد به فناوريهاي مختلف و حتي آينده نگر باشيم. هر چند كاربردهاي باليني شيوههاي فناورانهاي از اين دست ممكن است هنوز به سالهاي آينده و دوري برگردد، اما اين پژوهش جديد را ميتوان صميمانهترين و نزديكترين پيوند بين حيات و ماشينها دانست كه تاكنون جامه عمل به خود پوشانده است.
منابع: Discovery / Wired
