الجامعة الأمريكية: الرقاقات البيولوجية ستحدث ثورة فى تشخيص السرطان

ألقى اليوم الدكتور يحيى إسماعيل، أستاذ قسم هندسة الإلكترونيات وهندسة الاتصالات ومدير مركز إلكترونيات وأجهزة النانو بالجامعة الأمريكية بالقاهرة ومدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا، الضوء على دور الرقاقات البيولوجية المستقبلي في استبدال طرق فحص الأمراض التقليدية مثل السرطان والأمراض الفيروسية مثل تحليل الكبد الوبائي بي وسي.
جاء ذلك خلال خامس حلقة من سلسلة “موعد مع خبير” بالجامعة الأمريكية، بعنوان “الرقاقة البيولوجية: الطريق إلى تشخيص الأمراض”.
وقال 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”.
وتابع “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 عبر تقديم علاج أسرع وأكثر فاعلية نتيجة للتشخيص المبكر والدقيق للمرض”.
وتناول 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.
وأوضح د.إسماعيل، أن 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،وذلك لنقل السوائل والخلايا.
وتابع “أنه برغم الدقة البالغة لهذه النظم، إلا أنه يصعب تصنيعها بأعداد كبيرة فضلاً عن كونها باهظة التكلفة.. ولذلك، يركز بحثنا على فئة فرعية من الرقاقات البيولوجية التي تعتمد على تكنولوجيا الإلكترونيات القياسية والعامة، وهي شبه موصل أكسيد الفلز المكمل CMOS))”.
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”.
وأضاف “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”.
وتعتبر 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، بالإضافة إلى قيامها بوظائف أكثر تعقيداً مثل تحليل الدم الشامل والكشف عن الكثير من الأمراض مثل الفيروسات وتحليل الحمض النووي.
ولفت د.إسماعيل إلى أنه 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.
جدير بالذكر أن الدكتور إسماعيل عمل أستاذاً بجامعة نورثويسترن بالولايات المتحدة 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، 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 IEEE Fellow.
وقام 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.