في الآونة الأخيرة انخرطت التقنيات النانوية في مجالات حيوية وطبية بشكل كبير، مثل التشخيص وإدارة الأمراض باستخدام نظام التصوير الطبي المعزز بالنانو Nano-enhanced Medical Imaging، والمستشعرات الحيوية النانوية Nano Biosensors، والأدوية النانوية وغيرها.
ويهتم حقل متنامٍ من البحث وهو علم التقنية الحيوية النانوية Nanobiotechnology بتطبيقات النشاطات الحيوية والكيميائية الحيوية للمواد النانوية الطبيعية والصناعية من أجل تصميم أجهزة جديدة كالمستشعرات الحيوية. ويتداخل هذا الحقل متعدد التخصصات بين علم الأحياء، والكيمياء، والفيزياء الحيوية، وطب النانو، والهندسة.
ومن الأبحاث الواعدة في هذا الحقل تركيب ونمذجة التفاعل بين الأجسام المضادة والجسيمات النانوية الصناعية، حيث أن لهذا النوع من التراكيب قوة ربط وخصوصية عالية ضرورية لتطوير الناقلات المستخدمة في تشخيص وعلاج الأمراض المناعية والسرطان مثلاً.
ولفهم التفاصيل الدقيقة لربط الأجسام المضادة بالجسيمات النانوية، يتم استخدام محاكاة ديناميكية جزيئية حاسوبية. والهدف من هذه النماذج النظرية هو القدرة على تحديد الطرق الأفضل للربط والتفاعل.
وتعتمد هذه النماذج على بيانات مكتبة البروتينات العامة للحصول على إحداثيات مبدئية للجسم المضاد. ومن الافتراضات المبدئية أن التفاعلات الكهروستاتيكية لا تلعب دوراً حاسماً، وأن البنية الالكترونية ثابتة.
وتشتمل المحاكاة على 300 مرحلة تقريباً من مراحل التحديث باستخدام خوارزمية نيوتن-رافسون، وللحد من الوقت تستخدم طريقة ديناميكا جزيئية حدودية عشوائية. كما يفترض تقسيم النظام المعقد إلى خزان كروي ومناطق تفاعل، حيث تنتشر الذرات في مناطق التفاعل بواسطة الديناميكا الجزيئية، بينما تحتفظ الذرات في المناطق العازلة باستخدام قوى استرداد.
المصادر:
1. "Biotechnology: An Introduction" (التقنيات الحيوية: مقدمة)، موقع NCBI، https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21115/
2. "What is Biotechnology?" (ما هي التقنيات الحيوية؟)، موقع Biotechnology Innovation Organization، https://www.bio.org/what-biotechnology
3. "Biotechnology: A Brief Introduction" (التقنيات الحيوية: مقدمة موجزة)، موقع World Health Organization، https://www.who.int/traditional-complementary-integrative-medicine/Biotechnology_A_Brief_Introduction.pdf
4. "Applications of Biotechnology" (تطبيقات التقنيات الحيوية)، موقع ScienceDirect، https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/biotechnology-applications
5. "Biotechnology and its Applications" (التقنيات الحيوية وتطبيقاتها)، موقع National Institute of General Medical Sciences، https://www.nigms.nih.gov/education/fact-sheets/Pages/biotechnology.aspx