المقدمة تُعد الجسيمات النانوية من أهم الأدوات في التكنولوجيا الحيوية والطب الحديث بسبب قدرتها على التفاعل مع الجزيئات الحيوية داخل الجسم. عندما تدخل الجسيمات النانوية إلى نظام حيوي فإنها تتفاعل مع العديد من الجزيئات الحيوية مثل: • البروتينات • الأحماض النووية (DNA / RNA) • الدهون • الكربوهيدرات وتؤثر هذه التفاعلات بشكل كبير في: • سلوك الجسيمات النانوية • انتقالها داخل الجسم • تأثيراتها البيولوجية • استخدامها في التطبيقات الطبية أولاً: ما هي الجزيئات الحيوية؟ الجزيئات الحيوية هي مركبات كيميائية تكوّن الكائنات الحية وتؤدي وظائف بيولوجية أساسية. الأنواع الرئيسية للجزيئات الحيوية 1. البروتينات تؤدي البروتينات العديد من الوظائف المهمة، منها: • التحفيز الإنزيمي للتفاعلات الكيميائية • النقل داخل الخلايا • الدفاع المناعي • الأدوار التركيبية في الخلايا 2. الأحماض النووية من أمثلتها: • DNA • RNA وتشمل وظائفها: • تخزين المعلومات الوراثية • نقل التعليمات الجينية 3. الدهون تشارك الدهون في: • تكوين أغشية الخلايا • تخزين الطاقة 4. الكربوهيدرات تشمل وظائفها: • كونها مصدراً للطاقة • التعرف الخلوي ثانياً: تفاعلات الجسيمات النانوية مع الجزيئات الحيوية عندما تدخل الجسيمات النانوية إلى السوائل الحيوية مثل الدم أو السيتوبلازم، تبدأ الجزيئات الحيوية بالارتباط بسطحها. ويؤدي ذلك إلى تكوين طبقة تُسمى: الإكليل البروتيني (Protein Corona) الإكليل البروتيني هو طبقة من البروتينات تحيط بالجسيم النانوي وتحدد كيفية تفاعل الجسم معه. وتؤثر هذه الطبقة في: • استقرار الجسيمات النانوية • انتقالها داخل الجسم • التعرف الخلوي عليها ثالثاً: الارتباط بين الجسيمات النانوية والجزيئات الحيوية يشير الارتباط إلى العملية التي تلتصق فيها الجسيمات النانوية بالجزيئات الحيوية. ويحدث هذا التفاعل من خلال عدة قوى كيميائية وفيزيائية. أنواع قوى الارتباط 1. التفاعلات الكهروستاتيكية تنشأ هذه التفاعلات نتيجة اختلاف الشحنة الكهربائية بين: • سطح الجسيم النانوي • الجزيئات الحيوية مثال: يمكن للجسيم النانوي ذو الشحنة الموجبة أن يرتبط بسهولة مع DNA ذي الشحنة السالبة. 2. الروابط الهيدروجينية تحدث الروابط الهيدروجينية بين: • ذرات الهيدروجين • وذرات الأوكسجين أو النيتروجين وغالباً ما تحدث هذه الروابط أثناء التفاعل بين الجسيمات النانوية والبروتينات. 3. قوى فان دير فالس وهي قوى ضعيفة نسبياً لكنها تلعب دوراً مهماً في تثبيت التفاعلات بين الجسيمات النانوية والجزيئات الحيوية. 4. التفاعلات الكارهة للماء (Hydrophobic interactions) تحدث هذه التفاعلات عندما تتجمع الجزيئات غير القطبية بعيداً عن الماء. رابعاً: انتقال الجسيمات النانوية في الأنظمة الحيوية يشير النقل إلى حركة الجسيمات النانوية داخل الجسم أو داخل الخلايا. وقد تتحرك الجسيمات النانوية بعدة آليات مختلفة. 1. النقل في مجرى الدم الدوران الدموي (Blood Circulation) بعد دخول الجسيمات النانوية إلى مجرى الدم قد: • ترتبط بالبروتينات • تنتقل إلى أنسجة مختلفة • يتم التخلص منها عبر الكبد أو الكليتين 2. دخول الخلايا يمكن للجسيمات النانوية أن تدخل إلى الخلايا من خلال عملية تُسمى: الإدخال الخلوي (Endocytosis) وهي عملية تقوم فيها الخلية بابتلاع الجسيمات من البيئة المحيطة بها. أنواع الإدخال الخلوي • البلعمة (Phagocytosis) • الاحتساء الخلوي (Pinocytosis) • الإدخال الخلوي المعتمد على المستقبلات (Receptor-mediated endocytosis) 3. النقل داخل الخلية بعد دخول الجسيمات النانوية إلى الخلية قد تنتقل إلى مكونات خلوية مختلفة مثل: • السيتوبلازم • النواة • الميتوكوندريا • الشبكة الإندوبلازمية ويعتمد هذا الانتقال على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للجسيم النانوي. جامعة المستقبل الأولى على الجامعات العراقية الأهلية