باستخدام جزيئات الذهب النانوية, ابتكر باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (كامبريدج, ماساتشوستس) طريقة جديدة للسيطرة على تخثر ونزيف الدم. الجزيئات التي يسيطر عليها بواسطة ضوء أشعة تحت الحمراء صادر من ليزر نبضي فيمتو ثانوي من الممكن ان تساعد الاطباء في السيطرة على تخثر دم المرضى الذين يخضعون للعمليات الجراحية, أو ان تساعد في التئام الجروح. (المترجم: يبلغ زمن النبضة الواحدة بحدود بليار جزء من الثانية اي 15-^10*1 جزء من الثانية)
ينتج تخثر الدم بواسطة سلسلة طويلة من التفاعلات البروتينية تنتهي بتكوين الليفين (Fibrin), وهو بروتين ليفي يلأم الجروح. الهيبارين ومضادات تجلط أخرى تتعارض مع هذه العملية عن طريق استهداف العديد من التفاعلات التي تحدث أثناء التخثر الدموي. تقول كيمبرلي حمد-شيفرلي, وهي موظفة تقنية بمختبر لينكولن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا واحدى كبار مؤلفين الدراسة واصفةً هذه الجزئيات الجديدة, الحل الافضل انها ستكون عامل مساعد يستهدف الخطوة الاخيرة فقط – وهي عملية تحويل مادة الفيبرينوجين (Fibrinogen) الى مادة الليفين, وهو تفاعل يحصل بمساعدة انزيم يسمى الثرومبين (Thrombin).
قبل عدة سنوات, اكتشف العلماء بأنه عن طريق حمض نووي ذو تسلسل معين يمكن كبح مادة الثرومبين بغلق المواقع التي عادة ما تربط الفيبروينوجين. والسلسلة المتممة لهذا الحمض النووي بإمكانها ان توقف هذا الكبح عن طريق الترابط مع ضفيرة الحمض النووي الاصلي ومنعها من الالتصاق بالثرومبين.
اظهرت حمد-شيفرلي وزملاؤها مؤخراً ان قضبان الذهب النانوية (Gold Nanorods) يمكن ان تصمم لإطلاق العقاقير او المركبات الاخرى عند تفعيلها بالأشعة تحت الحمراء. مقاس القضيب النانوي هو من يحدد الطول الموجي للضوء الذي سيحفزه. لذا فأن قضيبين بأطوال مختلفة بإمكانهما تحمل حمولات مختلفة ويمكن التحكم بهما بشكل منفصل.
لغرض التلاعب بعملية التخثر الدموي, قررت حمد-شيفرلي تحميل قضيب الذهب النانوي الاصغر (بطول 35 نانومتر) بالحمض النووي المثبط لللثرومبين وتحميل قضيب الذهب النانوي الاكبر (بطول 60 نانومتر) بالضفيرة المتممة للحمض النووي. في بادئ الامر حاول الباحثون ربط الحمض النووي كيميائياً بجزيئات الذهب النانوية. ولكن, وجدو ان ليس بإمكانهم تحميل حمض نووي كافي على كل جزئية لجعل هذه العملية فعالة.
بعد ذلك, تقول حمد-شيفرلي: “لقد ادركنا انه بإمكاننا استخدام احدى الاثار الجانبية للجزيئات النانوية لصالحنا”. وهي ان الجزيئات تميل الى جذب هالة من البروتينات التي ترتبط بالذهب, مما يجعلها لزجة. في دراسات سابقة, اظهرت حمد-شيفرلي ان هذه السحابة من البروتينات من الممكن استخدامها لاستيعاب حمل من العقاقير. واضافت: “اذا تمكنت من فعل ذلك, فبإمكانك الحصول على كمية من العقار على القضيب النانوي اكبر مما يمكن ان نحصل عليه عادة فيما لو ربطتهما كيميائياً مع بعض”. عن طريق نقع قضبان الذهب النانوية في محلول بروتين مصل الانسان مع جزيئات الحمض النووي, تمكن الباحثون من ربط الحمض النووي ست مرات اكثر من عملية الربط الكيمائي.
عند تعريض قضبان الذهب النانوية الى الطول الموجي الصحيح لضوء الاشعة تحت الحمراء, فأن الالكترونات داخل الذهب تصبح محفزة بشدة وتولد الكثير من حرارة مما يؤدي الى صهرها قليلاً, مع أخذ شكل اكثر كروية ومحررة حمولة الحمض النووي.
اختبر الباحثون الجزيئات النانوية باستخدام الدم المتبرع به الى المستشفيات, ووجدوا ان هذه الجزيئات ناجحة في السيطرة على تخثر ونزيف الدم في كل من العينات التي تم اختبارها. ولكن لجعل هذه الجزيئات عملية الاستخدام للمرضى, فأنه من الواجب توجيهها الى مناطق الاصابة, وهو ما يعمل عليه الباحثون الان. بمجرد وصولهم الى الموقع, فانهم بحاجة لان يكونوا ضمن بضعة مليمترات من سطح الجلد لتسليط ضوء الاشعة تحت الحمراء على الجلد لكي يصل اليها.
كذلك يعمل الباحثون على تعديل النظام بحيث يمكن تنشيط الجزيئات باستخدام ليزر مستمر الموجة (Continuous-wave (CW) laser), والذي يكون اصغر حجما واقل قوة من الليزر الذين يستخدمونه حالياً.