خبير مصري: "الرقاقات البيولوجية" ستحدث ثورة في تشخيص مرض السرطان

الرقاقات البيولوجية ستصبح ثورة في تشخيص مرض السرطان، ومن المتوقع أن يتم استبدال وسائل التشخيص الطبي التقليدية بالرقاقات البيولوجية، في الكشف عن مرض السرطان. فهي أسرع، وأكثر توافراً وانخفاضاً في التكلفة، وبالتالي ستمكننا من الكشف عن مرض السرطان في المراحل المبكرة، وهو الأمر الذي لم يكن ممكناً في الماضي.
هذا ما أكده الدكتور يحيى إسماعيل، أستاذ قسم هندسة الإلكترونيات وهندسة الاتصالات ومدير مركز إلكترونيات وأجهزة النانو بالجامعة الأمريكية بالقاهرة ومدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا، خلال المؤتمر الصحفي الذي عقد اليوم، مشيرا إلى أن الرقاقات البيولوجية ستصبح لها دور مستقبلي في استبدال طرق فحص الأمراض التقليدية مثل السرطان والأمراض الفيروسية مثل تحليل الكبد الوبائي "بي" و"سي".
وأوضح إسماعيل أن الرقاقات البيولوجية ستتيح استخدام وسيلة الطب عن بعد "telemedicine" وهي تشخيص أو علاج المرضى عن بعد باستخدام هذه التكنولوجيا.
كما ستقوم الرقاقات البيولوجية بإحداث ثورة في طرق تشخيص مرض السرطان أو أمراض أخرى من خلال تقديم علاج أسرع وأكثر فاعلية نتيجة للتشخيص المبكر والدقيق للمرض.
ماهى الرقاقات البيولوجية؟
أوضح إسماعيل أن الرقاقات البيولوجية هي رقاقات إلكترونية متطورة مزودة بوظائف خاصة للاستشعار والتأثير على الخلايا البيولوجية.
فهناك العديد من أنواع الرقاقات البيولوجية التي لا زالت في مرحلة التصنيع والتي تتضمن أنواع كثيرة من المجسات والمحركات. وعادة ما تكون هذه المجسات كيميائية، ويمكن أن تكون المحركات معقدة مثل مضخات وقنوات ميكانيكية بالغة الصغر MEMs (نظم كهروميكانيكية صغرى Microelectromechanical systems،) وذلك لنقل السوائل والخلايا.
فبرغم الدقة البالغة لهذه النظم، إلا أنه يصعب تصنيعها بأعداد كبيرة فضلاً عن كونها باهظة التكلفة. يقول إسماعيل، "ولذلك، يركز بحثنا على فئة فرعية من الرقاقات البيولوجية التي تعتمد على تكنولوجيا الإلكترونيات القياسية والعامة، وهي شبه موصل أكسيد الفلز المكمل CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors).
وتعد ميزة استخدام تكنولوجيا CMOS، كما أوضح إسماعيل، هي توفر الكثير من الأماكن المعتمدة حول العالم التي تقوم بتصنيع أية رقاقات بصورة سريعة ومضمونة ومنخفضة التكلفة وبأعداد هائلة، "ولكن، التحدي الماثل أمامنا هو عدم إمكانية تصنيع MEMs من أجل نقل الخلايا والسوائل بهذه التكنولوجيا الأساسية. ومن ثم، نحن نحاول استخدام وسائل مكتشفة حديثاً نسبياً من أجل استبدال MEMs ، حيث يمكن نقل الخلايا عبر إضافة الإشارات الكهربائية إلى الأقطاب الكهربائية بدون أية أجزاء ميكانيكية. كما نعمل على استبدال المجسات الكيميائية بمجسات فيزيائية والتي يمكنها الكشف عن الخصائص الفيزيائية للخلايا.
وقال إسماعيل، نحن نعمل على تصنيع رقاقات CMOS البيولوجية عبر إضافة الإشارات الكهربائية إلى الأقطاب الكهربائية الموجودة على الرقاقات لنقل عينة الخلايا.
ومن خلال استشعار حركة الخلايا، يمكننا الاستدلال على بعض الخصائص الفيزيائية لها التي تختلف في حالة الخلايا الطبيعية والخلايا السرطانية، مما يتيح لنا الفرصة لاكتشاف وجود مرض السرطان.
طفرة تكنولوجية
تعتبر الرقاقات البيولوجية اتجاهاً جديداً وجزءً من طفرة تكنولوجية هائلة في العلوم حيث يتم دمج الإلكترونيات مع تكنولوجيات أخرى داخل رقاقة واحدة بالغة الصغر وذلك لاستخدامها في نطاق واسع من المجالات، مثل الطب. في الماضي.
كما أوضح إسماعيل، كان مجالا الاتصالات والحوسبة يساهمان في تطور تكنولوجيا CMOS والرقائق البيولوجية، أما الآن، فقد أصبح الطب الحيوي هو القوة الدافعة الجديدة في تطور تكنولوجيا CMOS مؤدياً إلى ابتكارات مثل استخدام الرقائق البيولوجية في الكشف عن مرض السرطان.
في المستقبل، من المتوقع أن تتاح الرقائق البيولوجية في الصيدليات والمكاتب الطبية بتكلفة منخفضة، كما يقول إسماعيل، بالإضافة إلى قيامها بوظائف أكثر تعقيداً مثل تحليل الدم الشامل والكشف عن الكثير من الأمراض مثل الفيروسات وتحليل الحمض النووي.
قال إسماعيل، "سيكون هناك عالماً متصلاً من خلال الممارسات الطبية بداية من البحث والتطوير إلى إمكانية توافر أجهزة للكشف الطبي بالمنازل، وأخيراً، الحصول على العلاج من قبل مقدمي الخدمات الطبية وسيكون لذلك دورا هاما فيما يتعلق بالكشف عن مرض السرطان بشكل خاص، بالإضافة إلى إمكانية تطبيق ذلك في جميع المجالات."
وعمل الدكتور إسماعيل أستاذاً بجامعة نورثويسترن بالولايات المتحدة الأمريكية من عام 2000 الي 2011، كما كان رئيس تحرير مجلة IEEE TVLSI الدولية من عام 2011 إلي 2015 ورئيساً منتخباً للجنة الفنية المتعلقة بنفس المجال.
وتقلد الدكتور اسماعيل العديد من الجوائز منها جائزة المؤسسة الوظيفية للعلوم الوطنية العالمية (NSF) بالولايات المتحدة الأمريكية، وجائزة جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات للمؤلف المتميز للدوائر والأنظمة، وجائزة أفضل معلم بجامعة نورثويسترن، بالإضافة إلى العديد من الجوائز الخاصة بأفضل طرق تدريس وأفضل أبحاث تم نشرها.
ويعد الدكتور إسماعيل من أفضل محاضري أكاديمية الأنظمة والدوائر بجمعية مهندسي الكهرباء والالكترونيات (IEEE CASS)، وهو حاصل علي الزمالة من قبل جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE Fellow).
وقام الدكتور اسماعيل بنشر أكثر من 300 ورقة بحثية في أكبر المجلات والمؤتمرات العلمية وله العديد من براءات الاختراع، كما شارك في تأليف سبعة كتب، و لديه العديد من براءات الاختراع في مجال الدوائر ذات الأداء العالي والتصميم التواصلي والنمذجة.