الدكتور يحيى إسماعيل في لقاء "موعد مع خبير" بالجامعة الأمريكية بالقاهرة: "الرقاقات البيولوجية ستحدث ثورة في تشخيص مرض السرطان"

في اللقاء الخامس من سلسلة "موعد مع خبير" بالجامعة الأمريكية بالقاهرة، بعنوان، "الرقاقة البيولوجية: الطريق إلى تشخيص الأمراض"، تحدث الدكتور يحيى إسماعيل، أستاذ قسم هندسة الإلكترونيات وهندسة الاتصالات ومدير مركز إلكترونيات وأجهزة النانو بالجامعة الأمريكية بالقاهرة ومدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا عن دور الرقاقات البيولوجية المستقبلي في استبدال طرق فحص الأمراض التقليدية مثل السرطان والأمراض الفيروسية مثل تحليل الكبد الوبائي بي وسي. قال إسماعيل، "من المتوقع أن يتم استبدال وسائل التشخيص الطبي التقليدية بالرقاقات البيولوجية على سبيل المثال، 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. كما ستتيح أيضاً الرقاقات البيولوجية استخدام وسيلة الطب عن بعد  telemedicine  وهي تشخيص أو علاج المرضى عن بعد باستخدام هذه التكنولوجيا. 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."

تناول اللقاء الجهود البحثية التي يقوم بها مركز الإلكترونيات وأجهزة النانو بالجامعة الأمريكية بالقاهرة بالتعاون مع جامعة زويل في تصميم واختبار الرقاقات البيولوجية في تشخيص الأمراض والإمكانيات المستقبلية لتطوير استخدامها، كما تناول أيضاً التطور التكنولوجي المستمر في عالم الرقاقات البيولوجية والعائد المباشر على صحة الإنسان.

أوضح إسماعيل إن الرقاقات البيولوجية هي رقاقات إلكترونية متطورة مزودة بوظائف خاصة للاستشعار والتأثير على الخلايا البيولوجية. هناك 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)."

تعد 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."

قال 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.

 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."