يُعدّ إيجاد علاج كيميائي فعال لأورام الدماغ تحديًا كبيرًا أمام البحوث الطبية الحيوية. في السنوات الأخيرة، وجد الباحثون حليفًا واعدًا للتغلب على تلك الصعوبة: تقنية النانو. يمكن للمواد النانوية، مجازيًا، أن تؤدي دور ساعي البريد الذي يوصل المكونات الفعالة إلى العنوان الصحيح. ونظرًا لصغر حجم الجسيمات النانوية بشكل لا يُصدق، أصغر بنحو 500 مرة من قطر شعرة الإنسان العادية، فإن بعضها يتمكن من اختراق الحواجز الواقية للجسم دون إتلافها. في مجال أورام الدماغ، يمكن للجسيمات النانوية نقل الأدوية الكيميائية عبر الحاجز الدموي الدماغي، حيث يمكنها مكافحة الورم.
المادة النانوية المناسبة
مع ذلك، وبحسب المهمة الموكلة إليها، يجب أن تتمتع الجسيمات النانوية بخصائص محددة للغاية: فبحسب شكلها وتركيبها المادي وحجمها، تتوزع بشكل مختلف في الجسم وتتراكم في أعضاء مختلفة. لذا، من المهم تحديد الجسيمات التي تؤدي وظيفتها على أكمل وجه وتُسبب أقل قدر ممكن من الضرر. حتى الآن، اعتمد الباحثون بشكل أساسي على نماذج الفئران للإجابة عن هذه التساؤلات: حيث قاموا بحقن أنواع مختلفة من المواد النانوية في الفئران، ثم فحصوا كيفية توزيعها في أجسامها والآثار الجانبية التي تُسببها. إلا أن هذه الدراسات على الحيوانات ليست معقدة ومكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً فحسب، بل تُثير أيضًا قضايا أخلاقية.
فأر ذكاء اصطناعي
طورت الباحثة جيمينغ وو، طالبة الدكتوراه في مختبري "المواد النانوية في الصحة" و"التكنولوجيا والمجتمع" التابعين لمعهد "إمبا" في سويسرا، فأرًا افتراضيًا يستخدم الذكاء الاصطناعي لإجراء هذه الاختبارات بكفاءة زمنية أعلى بكثير. استندت وو في نموذجها، المسمى نموذج الحركية الدوائية الفيزيولوجية (physiologically based pharmacokinetic model, PBPK)، إلى 18 دراسة على الفئران، وهي بيانات مستقاة من تجارب أجرتها فرق بحثية مختلفة على فئران حية. كما دمجت في نموذجها أسلوبًا.
والنتيجة هي فأر افتراضي يمكن إعطاؤه، افتراضيًا أيضًا، جسيمات نانوية. ثم يحسب النموذج توزيع هذه الجسيمات في جسم الفأر بناءً على خصائص مثل الحجم والطلاء والشحنة السطحية. وبالمقارنة مع نموذج PBPK التقليدي، يتمتع فأر الذكاء الاصطناعي الذي طورته وو بميزة حاسمة "يستطيع النموذج تكييف معاييره مع الخصائص القابلة للقياس للجسيم النانوي المعني"، كما توضح جيمينغ وو. يعود الفضل في هذه القدرة للأداة إلى نموذج الانحدار الخطي متعدد المتغيرات، وهو أحد أساليب التعلم الآلي.
اقرأ أيضا... الذكاء الاصطناعي يساعد في علاج الورم النخاعي المتعدد
تصميم آمن ومستدام
توضح جيمينغ وو "تتيح أداة الفحص المدعومة بالذكاء الاصطناعي للباحثين اختبار نوع الجسيمات النانوية الأنسب لمهمة محددة افتراضياً قبل حتى تصنيعها". وهذا لا يوفر الوقت فحسب، بل يوفر التكاليف أيضاً، لأنه يُسهم في اتخاذ القرارات قبل بدء التجارب السريرية المكلفة.
يضيف بيتر ويك، المشرف على أطروحة الدكتوراه التي تعدها جيمينغ وو مع زميلها بيرند نواك "يُسهم هذا النموذج بالتالي في مفهوم التصميم الآمن والمستدام". وذلك لأن الفأرة الافتراضية تزيد من سلامة المواد أو العلاجات الجديدة حتى قبل تطويرها.
ومع ذلك، يشير ويك إلى أن مجموعة البيانات المستخدمة لتدريب النموذج لا تزال محدودة للغاية: فحتى الآن، لم يُعثر إلا على 18 ورقة بحثية محكمة ذات جودة بيانات كافية.
ويؤكد أنه "في العديد من الدراسات، لا تُوصف خصائص الجسيمات النانوية المستخدمة بتفصيل كافٍ".
وتتمثل المهمة الآن في تزويد النموذج الافتراضي ببيانات دراسية إضافية والتحقق منها لزيادة موثوقية التوقعات. ويضيف ويك "هدفنا، على المدى البعيد، هو تقصير عملية تطوير مواد الطب النانوي وصولاً إلى استخدامها كدواء للمرضى، مع الحرص قدر الإمكان على تجنب التجارب على الحيوانات".
تكييف النموذج للأمراض البشرية
ستركز أبحاث جيمينغ وو المستقبلية أيضًا على ما يُسمى "استراتيجية الجسر" لنقل مبدأ نموذجها الحاسوبي إلى الأبحاث البشرية. ولتحقيق هذه الغاية، تخطط لدمج مبادئ الفأر الافتراضي في نموذج حركية دوائية فيزيولوجية بشري. على عكس نموذج الفأر المُحاكى، الذي يحسب فقط توزيع الجسيمات النانوية في الكبد والكليتين والرئتين والطحال، يمكن استخدام نموذج حاسوبي بشري لدراسة الأعضاء المستهدفة الحساسة، على سبيل المثال، للتحقق من مدى قدرة بعض الجسيمات النانوية على عبور الحاجز الدموي الدماغي.
مصطفى أوفى (أبوظبي)