فائزون بجائزة مبتكرين دون 35: هديل اعليان وحامد البلوي وولاء خشيم وابتكاراتهم في الهندسة الحيوية

استخدمت هديل اعليان موجات التيراهيرتز الكهرومغناطيسية لاستشعار طي البروتين والتحكم فيه باستخدام هوائيات النانو البلازمونية، ويتمحور عمل حامد البلوي حول استخدام الطباعة الثلاثية الأبعاد لتسريع استعادة المرجان وتحسين تجديد العظام لإيجاد حلول إبداعية للتعامل مع التحديات الطبية والبيئية، بينما ابتكرت ولاء خشيم جهازَ تشخيصٍ مصغراً وسهل الاستخدام قادراً على الكشف السريع والدقيق عن المؤشرات الحيوية لمرضى الأزمات القلبية.

هديل اعليان، الأردن

نالت هديل اعليان جائزة مبتكرون دون 35 من إم آي تي تكنولوجي ريفيو لعام 2023، وهي زميلة أبحاث ما بعد الدكتوراة في جامعة نورث إسترن. أكملت درجة الدكتوراة في الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسوب في جامعة تورنتو سبتمبر 2023، وعُرضت أعمال الدكتوراة الخاصة بها والتي تحمل عنوان "التحدث إلى البروتينات"، على الموقع الإلكتروني لجامعة تورنتو.

ينطوي ابتكار هديل اعليان على استخدام موجات التيراهرتز الكهرومغناطيسية لاستشعار طي البروتين والتحكم فيه من خلال هوائيات النانو البلازمونية، ما يُتيح الوصول إلى مستوى أعلى من فهم العمليات الحيوية والتلاعب بها، بالإضافة إلى ردم الهوة الفاصلة بين التكنولوجيات الاصطناعية والأنظمة البيولوجية، وتفتح المجال أمام إمكانات جديدة في مجال الاتصالات النانوية. يتميز عملها بتطبيق مبادئ الاتصالات اللاسلكية على التفاعلات الحيوية على المستوى النانوي، وهي فكرة مستوحاة من تطور الأنظمة الحيوية بتعقيدها وفاعليتها.

من خلال النظر إلى كل تفاعل حيوي بوصفه نمطاً من أنماط الاتصالات التي تتضمن تبادل المعلومات، تمكنت هديل من استخدام الهوائيات النانوية للبث في البيئة الداخلية للجسم، والتي تتعامل معها بوصفها قناة للبث. وفي هذا الإطار، تتخذ جزيئات البروتين دور المستقبلات، ما يُتيح الوصول إلى مستوى أعلى من فهم العمليات الحيوية والتلاعب بها.

يؤدي تطبيق المادة الكهرومغناطيسية (EM) التي يمكن التحكم فيها، إلى إعادة توزيع نسبية للشحنات الداخلية داخل الجزيئات، ومنها البروتينات، وينتج عن هذا استجابة عازلة تعتمد على التردد وتستقطب جزيء البروتين، ما يؤدي إلى إمكانية ضبط هوائي النانو على التردد الاهتزازي للبروتين لإثارة التفاعلات الوظيفية المطلوبة، كما أثبتت هديل نظرياً أنه يمكن تحفيز تحولات هيكلية محددة في البروتينات، ما يؤثّر في وظيفتها وحركيتها.

يعمل هوائي النانو تيراهرتز بتوصيل الوسط داخل الجسم بجهاز قابل للارتداء. ويمهد الاقتران داخل الجسم بين الهوائي وبنية البروتين الطريق لنقل الإشارة الخاضعة للرقابة. تسمح هذه الآلية بعدد كبير من التطبيقات في المجال الطبي، بما في ذلك الطب الشخصي، والكشف المبكر عن الأمراض، والعلاجات المستهدفة مثل علاج السرطان وألزهايمر وباركنسون، وهندسة البروتين وتصميم الأدوية.

تشارك هديل حالياً في بحثٍ يهدف إلى التحقق من فاعلية وسلامة التدخلات الطبية المعتمدة على التيراهرتز، وستستخدم منصة "تيرا نوفا" (TeraNova)، التي تُعدُّ أولَ منصة اختبار متكاملة في العالم لشبكات الاتصالات ذات النطاق العريض للغاية في نطاق التيراهرتز، لإجراء تجاربها المتمثلة في تشعيع عينات البروتين والتحقق من تأثير الإشعاع على الجزيئات، كما تتعاون مع علماء الأحياء الهيكلية الحسابية لتطوير نماذج هيكلية جديدة واستخدامها لدراسة بنية البروتين وديناميكياته ووظيفته. وتهدف إلى تحويل فكرتها إلى شركة ناشئة توفّر حلولاً ملموسة مدمجة بسلاسة في قطاع الرعاية الصحية، بهدف إحداث تأثير مجتمعي على كلٍّ من المرضى والمؤسسات الطبية.

حامد البلوي، المملكة العربية السعودية

نال حامد البلوي جائزة مبتكرون دون 35 من إم آي تي تكنولوجي ريفيو لعام 2023، وهو حاصل على درجة البكالوريوس في الهندسة الطبية الحيوية من معهد إنديانا للتكنولوجيا في الولايات المتحدة الأميركية، ودرجة الماجستير في الهندسة الحيوية من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست)، وهو مرشح لنيل درجة الدكتوراة من كاوست أيضاً. ويتمتع بخبرة كبيرة في تصميم وتصنيع الأجهزة الطبية، ما ساعده على إيجاد أساليب مبتكرة لتطعيم العظام.

يتمحور ابتكار حامد البلوي حول استخدام الطباعة الثلاثية الأبعاد لتسريع استعادة المرجان وتحسين تجديد العظام في آنٍ واحد، لإيجاد حلول إبداعية للتعامل مع التحديات الطبية والبيئية، ما يجدد الآمال لتحسين العلاج الطبي وإنقاذ الأنظمة البيئية المهددة بالخطر.

نشأت فكرة حامد من الحاجة إلى إيجاد حلول إبداعية للتعامل مع التحديات الطبية والبيئية. وقد استوحى هذه الفكرة من القدرات الكامنة الكبيرة لتكنولوجيا الطباعة الثلاثية الأبعاد على إنشاء بنى معقدة بدرجة عالية من الدقة وقابلية التخصيص. وبعد أن أدرك حامد أن حالة المرجان في البحر الأحمر آخذة بالتراجع مع القصور الذي تعانيه الأساليب التقليدية في استعادته، إضافة إلى زيادة الطلب على طريقة فعّالة لتجديد العظام، عمد إلى تطوير مادة تصلح لكلا التطبيقين.

تمكّن حامد من محاكاة الصفات البنيوية والميكانيكية للمرجان الطبيعي. وقد خضعت هذه الطريقة لاختبارات مكثّفة في أحواض الكائنات البحرية، وأثبتت أنها غير سامة وعالية الفاعلية، وأدّت إلى تسريع نمو المرجان مقارنة بالأساليب التقليدية، وتحاكي السمات الهيكلية والميكانيكية للشعاب المرجانية الطبيعية. وأطلق على المادة المستخدمة في التقنية اسم "ثري دي كورا برينت" (3D CoraPrint)، وهي طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد موحدة للهيكل المرجاني تستخدم حبراً صديقاً للبيئة.

بالإضافة إلى ذلك، عمل حامد على تكيُّف المادة وتعديلها لتطبيقات ترقيع العظام، وإجراء اختبارات شاملة مع الخلايا الجذعية الوسيطة لضمان التوافق الحيوي. تحمل هذه التقنية المبتكرة إمكانات هائلة لإنشاء غرسات خاصة بالمريض تحاكي هندسة العظام البشرية وتكوينها، وبالتالي إحداث ثورة في مجال جراحة العظام، وبسبب تكوينها أو البيئة التي توضع فيها، فإنها تتحلل تدريجياً. وبالتالي يقدّم هذا "الحبر الحيوي" القابل للضبط حلاً طويل الأمد لاستعادة الوظيفة لدى المرضى والشعاب المرجانية.

يتعاون حامد اليوم مع نيوم لترميم المرجان. وفي مجال ترقيع العظام، يعمل على إقامة شراكة مع مستشفى الملك فيصل ومركز الأبحاث، ما يمثّل خطوة مهمة نحو التنفيذ العملي. وينوي تحسين التقنية بشكلٍ مكثّفٍ وتعزيز الخبرة في تقنيات تجديد العظام لإكمال درجة الدكتوراة، بالإضافة إلى تسجيل علامة تجارية في السعودية، حيث تزدهر أنواع المرجان المرنة المثالية لتطبيق هذه التقنية.

ولاء خشيم، المملكة العربية السعودية

نالت ولاء خشيم جائزة مبتكرون دون 35 من إم آي تي تكنولوجي ريفيو لعام 2023، وهي زميلة أبحاث ما بعد الدكتوراة في جامعة إم آي تي، حصلت على درجة الدكتوراة في الهندسة الحيوية من مختبر أجهزة الاستشعار بجامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست). وحصلت على درجة الماجستير من جامعة أكسفورد ودرجة البكالوريوس من جامعة كوينز في شارلوت.

ابتكرت ولاء خشيم جهازَ تشخيصٍ مصغراً وسهل الاستخدام قادراً على الكشف السريع والدقيق عن المؤشرات الحيوية لمرضى الأزمات القلبية. يكمن تفرّد هذا النظام في قدرته على الكشف السريع عن عدة مؤشرات قلبية حرجة خلال 15 دقيقة، ما يؤمّن حساسية عالية للتشخيص المبكر والدقيق للنوبات القلبية وأمراض القلب، كما يتميز بتصميمه السهل الاستخدام، ما يلغي الحاجة إلى تدخل شخصٍ خبير.

طوّرت ولاء اختبارات حساسة في نقطة الرعاية قادرة على اكتشاف العديد من المؤشرات الحيوية للقلب بسرعة ودقة في وقتٍ واحد للتشخيص المبكر وحتى الوقاية من النوبات القلبية. وحصلت على تمويل من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية، ما مكّنها من ترجمة هذا الابتكار إلى تطبيقات في العالم الحقيقي.

يعمل ابتكار ولاء من خلال ثلاثة مكونات أساسية: مستشعر حيوي يعتمد على مجموعة مشتركة من الأقطاب المصنوعة من الغرافين والمحفورة بالليزر (LSGEs)، متصلة مباشرة مع المكون الثاني "كاوستات" (KAUSTat)، وهو منظم كمون مصغر يتصل لاسلكياً عبر البلوتوث مع هاتف ذكي يمثّل المكون الثالث، ما يضمن الحصول على نتائج سريعة يمكن الوصول إليها بسهولة، وبالتالي يؤمّن للمستخدمين معلومات صحية سريعة تُتيح اتخاذ القرارات الاستباقية. إضافة إلى ذلك، فإن المستشعر الحيوي مصنوعٌ من صفيحة منخفضة التكلفة من البولي أميد (أي القطب المصنوع من الغرافين المحفور بالليزر)، ما يجعله ميسور التكلفة ويتميز بجدوى اقتصادية عالية تسهّل الإنتاج على نطاقٍ واسع.

يمكن تطبيق هذه التقنية كاختبار منزلي في نقطة الرعاية، ما يفيد الأفراد المعرّضين لخطر الإصابة بالنوبات القلبية، وخاصة كبار السن ومرضى السكري المعرضين لنوبات قلبية صامتة دون أعراض. ويُعدُّ أيضاً أداة قيمة في سيارات الإسعاف أو في المستشفيات لإجراء تقييم سريع لحالات النوبات القلبية المشتبه فيها، ما يُتيح التدخل الطبي الفوري بناءً على نتائج الاختبار.

تهدف ولاء إلى تعزيز التجارب السريرية الجارية، لذلك تسعى للحصول على مزيدٍ من الموافقات المحلية والوثائق الحكومية اللازمة. ومن خلال الاستفادة من التمويل الأولي من جامعة كاوست، تتعاون بشكلٍ وثيق مع الخبراء لتوسيع نطاق ابتكارها، وتحسين التصاميم، وصياغة استراتيجية عمل قوية، وتنسيق تسويق المنتج. كما تهدف إلى ضمان اندماجه السلس في تطبيقات الرعاية الصحية المتنوعة. وتعمل على توسيع تطبيقاته إلى ما هو أبعد من تشخيص القلب. بالإضافة إلى ذلك، تركّز على الحصول على الموافقات التنظيمية العالمية، بهدف اعتماده على نطاقٍ واسع في أنحاء العالم كافة، وخاصة في البلدان النامية.