كيف تُستخدم الروبوتات المغناطيسية الصغيرة في بسترة الحليب؟

لقد أدى التعاون بين الكيمياء والهندسة إلى إنتاج روبوتات مجهرية تعمل كخلايا مناعية متخصصة، قادرة على استهداف العوامل المسببة للأمراض بعد التعرّف إليها. 

تتمثل العوامل المسببة للأمراض التي يتم البحث عنها بالمكوّرات العنقودية الذهبية (Staphylococcus aureus)، التي يمكن أن تؤثر على إنتاج حليب الأبقار. تصنع هذه البكتيريا أيضاً موادَّ سامة تسبب التسمم الغذائي وأمراض الجهاز الهضمي لدى البشر (بما في ذلك الإسهال وتشنجات البطن والغثيان). 

ليس من السهل إزالة المواد السامة من منتجات الحليب. حيث تكون تلك المواد ثابتة ومستقرّة ولا يمكن القضاء عليها من خلال الممارسات الصحية الشائعة في إنتاج الغذاء، مثل البسترة والتعقيم الحراري. ومع ذلك، توصلت مجموعة دولية من الباحثين بقيادة فريق من جامعة الكيمياء والتكنولوجيا في براغ إلى طريقةٍ أخرى للتخلص من العوامل المسببة للأمراض، وذلك من خلال استخدام مجموعة صغيرة من الروبوتات الدقيقة المغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز كل روبوت بجسم مضاد يستهدف بشكل خاص بروتيناً موجوداً على بكتيريا المكوّرات العنقودية الذهبية، ويتم ذلك من خلال آلية القفل والمفتاح. 

الروبوتات الدقيقة المغناطيسية للتخلص من العوامل الممرضة

نُشرت دراسة صغيرة لإثبات هذه الفكرة في مجلة سمول (Small)، حيث قام الفريق الذي أجرى الدراسة بتوضيح كيفية قيام الروبوتات بربط المكوّرات العنقودية الذهبية بالأجسام المضادة ثم عزلها عن الحليب دون التأثير على الجراثيم الطبيعية فيه.

لقد أدى استخدام الروبوتات النانوية التي تهاجم البكتيريا إلى إحداث ثورة مهمة في علاج الأمراض وتطهير الجروح وإزالة لويحات الأسنان (أو ما يعرف بطبقة البلاك). وإذا كانت هذه الأجهزة الصغيرة قادرة على العمل في تجارب حقيقية وموسّعة، بدلاً من تجريبها في المختبرات فقط، فإن ذلك من شأنه أن يقلّل من استخدام المضادات الحيوية. 

اقرأ أيضاً: باحثون يطورون روبوتات ناعمة من الجيلاتين لاستخدامها في تطبيقات طبية وبحثية

آلية عمل الربوتات المجهرية المُستخدمة لتعقيم الحليب

في الماضي، كانت الروبوتات المجهرية تعمل من خلال الضوء والمواد الكيميائية والموجات فوق الصوتية. لكن هذه الروبوتات الجديدة تعمل من خلال مجال مغناطيسي خاص. اعتقد الفريق أن نموذج التحكم هذا هو أفضل خيار يمكن اتباعه نظراً لأن الروبوتات لن تصدر أي منتجات ثانوية سامة، ويمكن الوصول إليها عن بُعد لإعادة تشكيلها وبرمجتها. 

لتصنيع روبوتات، ماج روبوتس (MagRobots)، يتم تغطية الجسيمات الدقيقة المغناطيسية بمركب كيميائي يسمح لها بأن تكون مغلّفة بأجسام مضادة تتوافق مع البروتينات الموجودة على جدار خلايا المكوّرات العنقودية الذهبية. ما سيسمح لتلك الروبوتات بالعثور على البكتيريا وربطها بالأجسام المضادة ثم استخراجها. يتم استخدام مجال مغناطيسي دوّار ومتقاطع بترددات مختلفة لتنسيق الروبوتات.

كلّما كان التردد أعلى، تحركت الروبوتات بشكل أسرع. يحدّد الباحثون مسار الروبوتات الدقيقة مسبقاً بحيث تسير ذهاباً وإياباً في ثلاثة صفوف وعمودين عبر محلول تحكم ووعاء به حليب. ويتم استخراجها باستخدام مغناطيس دائم. 

اقرأ أيضاً: هل صارت الروبوتات الإسفنجية أقرب إلى الواقع؟

خلال التجربة، تمكنت الروبوتات التي يبلغ قطرها 2.8 ميكرومتر من إزالة نحو 60% من خلايا المكوّرات العنقودية الذهبية في غضون ساعة واحدة. وعندما تم وضع الروبوتات في حليب يحتوي على مكوّرات عنقودية وبكتيريا أخرى، مثل الإشريكية القولونية، استطاعت الروبوتات تجنب الإشريكية القولونية واستهداف المكوّرات العنقودية فقط. 

وقد كتب الباحثون أن هذه النتائج تشير إلى فعالية هذه الطريقة في إزالة بكتيريا المكوّرات العنقودية المتبقية بعد تعقيم الحليب. كما أن طريقة الإزالة خالية من الوقود، فهي تعتمد على الروبوتات المغناطيسية، المخصّصة للقضاء على بكتيريا المكوّرات العنقودية ولا تؤثر على ميكروبات الحليب الطبيعي كما لا تضيف مركّبات سامّة ناتجة عن تحفيز الوقود.

يقترح الباحثون أنه يمكن تطبيق هذه الطريقة على مجموعة متنوعة من الجراثيم الأخرى المسبّبة للأمراض، وذلك عن طريق تعديل أسطح هذه الروبوتات الدقيقة.