قصاصات ورق .. تكتشف الأمراض دون الحاجة إلى المختبرات

في الوقت الذي عكف فيه العلماء وبنجاح على تصغير الأكواب والأنابيب وأجهزة الطرد بهدف وضعها في مختبرات تشخيصية مصممة داخل صناديق من الألمنيوم تتكلف 50000 دولار، كان لجورد وايتستاند أحلام أصغر.

 

وسائل الاختبارات التشخيصية التي ابتكرها الدكتور وايتستاند في مختبر الكيمياء في جامعة هارفارد يمكن تثبيتها على طابع بريد، وتتكلف أقل من قرش واحد!

 

ورق للتشخيص .. ما هو السر؟ 

إنه الورق، فقد قام زملاء الدكتور وايتستاند بتصغير وسائل الاختبارات التشخيصية ليتمكنوا من الانتقال إلى الميدان مع مضخات وأنابيب رفيعة. واختار الدكتور وايتستاند نهجا أكثر ابتكارا، معللا بأن قطرة من الدم أو البول يمكن أن تشق طريقها من خلال مربع من ورق الترشيح من دون أي مساعدة.

 

وإذا ما أمكن تشكيل قنوات صغيرة على الورقة حتى تتمكن القطرة من السير فيها، وإذا ما زرعت بروتينات جافة على هذا المسار وكذلك الأصباغ الكيميائية، فيمكن لهذه المساحة الصغيرة أن تكون مختبرا مصغرا - وحدة يمكن طبعها بالآلاف عبر ماكينة تصوير واستنساخ الأوراق (زيروكس).

 

اختبارات الكبد والإيدز 

وقد أبدت شركة «التشخيص للجميع» الخاصة، التي أنشأها الدكتور وايتستاند قبل 4 سنوات في حي برايتون ببوسطن لتسويق الاختراع الجديد، نجاحا واضحا في اختبارات مثل اختبارات تلف الكبد. ويقيم طابع اختبار الكبد التشخيصي مستوى إنزيمات الكبد في الدم. فالإنزيم المعروف اختصارا باسم «إيه إس تي» ينطلق عندما تتكسر خلايا الكبد.

 

كل ما يتطلبه الاختبار قطرة واحدة من الدم، ويستغرق 15 دقيقة، ويمكن معرفة النتائج بواسطة العين غير الخبيرة. فإذا ما تحولت البقعة المستديرة بحجم حبة السمسم على الورق إلى اللون الوردي من الأرجواني، فالمريض على الأرجح في خطر.

 

إن استخدام الورق في الاختبارات التشخيصية ليس أمرا جديدا تماما، فهو يمتص البول في وسائل اختبار الحمل المنزلية واختبار مرض السكري في المنزل، ولكن الدكتور وايتستاند ابتكر وسائل للسيطرة على التدفق عبر طبقات متعددة للتشخيصات الأكثر تعقيدا.

 

وتقول أونا إس رايان، الرئيس التنفيذي لشركة «التشخيص للجميع» إن التحاليل التي أجريت أثبتت دقة بلغت أكثر من 90 في المائة عن فحص عينات من الدم من قبل مختبر من «بيث إسرائيل ديكونيس الطبي»، بالمستشفى التعليمي في جامعة هارفارد.

 

وأضافت الدكتورة ريان، المتخصصة في البيولوجيا: «ينبغي عليهم أن يكونوا أكثر دقة بشأن الدم الطازج. فالأبحاث الميدانية في الهند سيتم تنفيذها أواخر العام الحالي». سيكون الهدف الرئيسي مرضى الإيدز المصابين بمرض السل، الذين ينبغي أن يتناولوا توليفة كبيرة من الأدوية.

 

بعض هذه الأدوية التي تدمر الكبد وتؤدي إلى الوفاة نتيجة فشل الكبد أكثر شيوعا بـ 12 مرة بين الأفارقة المصابين بمرض الإيدز منه بين الأميركيين، حسب الدكتورة ريان، لأن اختبارات الكبد الحالية مكلفة وتتطلب أنابيب من الدماء.

 

تم تطوير اختبار الورقة بمنحة قدرها 10 ملايين دولار من مؤسسة بيل وميليندا غيتس. وقد منحت المؤسسة والحكومة البريطانية 3 ملايين جنيه إسترليني لعمل 3 أنواع من اختبارات ورق إضافية لمساعدة صغار الفلاحين. أحدها لـ «الأفلاتوكسين»، وهو سم ينتج عن طريق فطر ينمو على الذرة، والفول السوداني، والمحاصيل الأخرى.

 

ويمكن لجرعة كبيرة أن تؤدي إلى سرطان الكبد، وحتى الكميات الصغيرة التي تؤكل بصورة منتظمة تصيب الأطفال بالقزامة. والفلاحون القادرون على جعل محاصيلهم خالية من الفطر يمكنهم حماية عائلاتهم والحصول على أسعار أعلى. لكن الاختبارات الحالية تتكلف 6 دولارات للفرد، أكثر مما يطيقه الفلاحون.

 

ويمكن إنتاج اختبار الورقة التي تعمل على الماء المغسول على الحبوب بقيمة 50 سنتا، حسب تقديرات الدكتورة رايان. ويمكن لإنتاج كميات كبيرة أن يخفض التكلفة إلى مجرد قروش بسيطة.

 

يفحص الاختبار الثاني فساد الحليب الذي تسببه البكتيريا، وينتمي العديد من صغار منتجي الألبان إلى تعاونيات تعمل على تجميع الحليب الذي ينتجونه. ويمكن لبقرة مصابة أن تعدي القطيع ككل.

 

ويفحص الاختبار الحالي الحامضية التي تسببها البكتيريا وهي ليست محددة ويمكن هزيمتها بإضافة قاعدة مثل الليمون. ويمكن لاختبار رخيص أن يساعد التعاونية في العثور على الفلاح الذي تسبب في ذلك ويستطيع الفلاح العثور على البقرة المصابة.

 

أما الاختبار الثالث المقترح فيكتشف الهرمونات التي تنطلق في البول عندما تكون البقرة حاملا. ينبغي على الفلاحين إما متابعة أبقارهم لمراقبة التغير في السلوك أو أداء الاختبارات البدنية التي يمكن أن تكون خطرة لأنها تتطلب الوصول إلى عمق مستقيم داخل البقرة لجس الرحم.

 

ويقول الدكتور باتريك بيتي، رئيس عمليات الصحة العالمية في مؤسسة «التشخيص للجميع»، إن «تربية بقرة أشبه بجمع ثروة، إنهم بحاجة إلى اختبارات أفضل».

 

مكتب الشركة هنا ليس ضربا من الوهم، فالمكان مستأجر من شركة تعمل في مجال تكنولوجيا النانو في بناية خاصة بالشركات حيث تشغل شركة «أكورا»، ونصف المختبر مليء بالأدوات عالية التقنية التي تركها المستأجر السابق.

 

بالنسبة للتفكير الراقي المتضمن فيها، فإن الاختبارات ذاتها منتجة بطرق تقنية منخفضة بصورة ملحوظة وتكلفة منخفضة. تقدم ورقة «الفلتر»، التي تقطع باليد، إلى طابعة «زيروكس»، بثمن 800 دولار، التي تستخدم الشمع الأسود المذاب بدلا من الحبر، وهناك تحديدا 132 اختبارا تشبه أزرار القميص الكبيرة مثبتة على ورقة مساحتها 8.5 بوصة × 11 بوصة.

 

توضع الورقة بعدئذ لعدة دقائق في صندوق تسخين - الذي يسميه أحد المديرين التنفيذيين للشركة «فرننا للمخبوزات السهلة ذو الـ 5000 دولار» - لصهر الشمع بصورة أعمق في الورقة وتكوين القنوات. (في البداية استخدم الدكتور وايتستاند، نوعا من البلاستيك يزداد صلابة عند تعريضه للضوء فوق البنفسجي، لكن الشمع أرخص وأسرع).

 

المعاملات الكيميائية يتم نثرها باليد بسحاحة - وظيفة مملة لكن الآلة التي يبلغ ثمنها 100000 دولار القادرة على القيام بذلك بصورة أوتوماتيكية ليست موضوعة في الميزانية، حسب الدكتورة ريان. ثم بعد ذلك تقطع الورقة عبر مشرط إلكتروني.

 

تصنع عدة طبقات بهذه الطريقة ثم تصمغ بين طبقتين ثم تغطى. وأخيرا توضع كل مجموعة في مظروف من ورق الألمنيوم للحفاظ عليها رطبة وبعيدا عن ضوء الشمس. وفي مقابلة معه في مكتبه بمبنى الكيمياء الرئيسي في جامعة هارفارد وصف الدكتور وايتستاند أصول فكرته.

 

بدأ الدكتور وايتستاند عمله في علم الموائع الدقيقة قبل 20 عاما عندما كانت وزارة الدفاع الأميركية تسعى إلى الحصول على «مختبر على رقاقة» التي يمكن للجنود حملها معهم لاكتشاف التهديدات البيولوجية في الحرب مثل «الأنثراكس» والحمى الأرنبية. ولأن التكلفة لم تكن بالصعبة بالنسبة للجيش، تم استخدام البولمرات المكلفة.

 

وقال وايتستاند: «كان ذلك مكلفا للغاية بالنسبة للدول النامية، لذا كنت أفكر، في الوصول إلى الطريقة الأمثل لصنع النماذج بأرخص صورة، بوضع أشياء في مناطق الاختبار. والذي خطر ببالي كان الصحف والكتب الهزلية. وهو ما أدى إلى هذه التشخيصات الورقية».

 

ويتوقع وايتستاند العديد من التطورات المتاحة فاختبارات وظائف الكبد تستخدم الكيمياء. وسوف يستخدم الجيل القادم علم المناعة، أحد التصميمات على سبيل المثال جففت المضادات الحيوية الملحقة بقطع الطلاء التي تنجرف على السطح المثبتة عليه المضادات الحيوية الأخرى. هذا الطلاء الذي يجري فيها هو الذي يعطي رد الفعل اللوني.

 

بعد ذلك، فهو يخطط لصنع شيء ما مثل عداد غلوكوز يعمل بالبطارية المستخدم من قبل مرضى السكري، لكن على رقاقة يمكن التخلص منها بعد استعمالها، وتوظيف الدوائر المرنة المطبوعة مع الحبر المنقوع في المعدن وصمام ثنائي باعث للضوء عرضه أقل من ملليمتر.

 

ويتوقع وايتستاند استخدام رقاقة تستطيع تحديد عدد الخلايا في نقطة دم تحتوي على طفيليات داخلها. وتعتبر مضاعفة «دي إن إيه» جزءا، حيث تعد مكونا رئيسيا في الاختبارات الخاصة بالفيروسات، أكبر العقبات التي تواجه وايتستاند لأنها تتطلب على الدوام حرارة وتبريدا متكررا.

 

وقال: «لا أتوقع قدرتنا على القيام بالتسلسل، فسوف يظل ذلك حكرا على المعامل، لكن لا يزال أمامنا الوقت لكي نفكر في طريقة ما».

 

بالنسبة للوقت الراهن يبدي وايتستاند لهفة كبيرة في رؤية اختراعاته تثبت مصداقيتها في الحياة العملية.

 

وقال: «سأتنفس الصعداء عندما يقول لي شخص ما ذات يوم، لقد استخدمنا أول 10000 في مختبراتنا، ونعتقد أنها رائعة، ابعث لنا 50000 أخرى».

 

في النهاية فسرت الدكتورة رايان هدف مؤسسة «التشخيص من أجل الجميع» غير الربحية، بأنها تجمع المال من خلال ترخيص رقاقتها إلى الشركات التجارية.

 

وأشارت إلى أن لاعبي الماراثون، على سبيل المثال، قد يتمكنون من وضع الرقاقة على عرق جباههم لمعرفة ما إذا كانت السوائل التحليلية لا تزال متوازنة قبل شربهم المزيد من المياه.

 

أو قد يمكن الأميركيين، الذين يعانون من ارتفاع الكولسترول، الذين يتعاطون دواء «الستاتين»، الذي قد يتسبب في دمار الكبد، في مراقبة إنزيمات الكبد بلمسة إصبع. مثل هذه الأسواق تعطي الشركة دخلا يمكنها من قطع طريق طويل نحو دعم أبحاثها في أفريقيا، بحسب الدكتورة ريان.

 

وأضافت: «على الرغم من ذلك، ستكون هناك عراقيل ضخمة تضعها المعامل الكبرى لأنها تحقق أرباحا من ذلك».