الفائز بجائزة المصطفى 2019 من الدول الإسلامية

أستاذ الهيئة التدريسية في كلية الهندسة الكهربائية والمعلوماتية في جامعة طهران، إيران

سنة الميلاد: 1982

الجنسية: إيران

الإنجاز: ترجمة سلوك الخلايا السليمة والسرطانية في المجال الإلكتروني (طرق حديثة لتشخيص السرطان)

مجال الجائزة: العلم وتكنولوجيا النانو الإلكترونية

في الوقت المناسب، في المكان المناسب

نظرة مقربة على حياة محمد عبد الأحد

تحتوي طائرة الركاب الحديثة على أكثر من 10 آلاف جهاز استشعار تقوم على الدوام بتخزين المعلومات التي تزودها للطيار حول كيفية أداء الطائرة. ولكن الأهم من ذلك أن هذه الكمية الهائلة من البيانات تجعل من الممكن التنبؤ بالمشاكل الميكانيكية والتقنية التي يمكن حلها بسهولة، شريطة أن تكون الطائرة على الأرض، وليس في أعالي السماء. يتمتع هذا النظام بأداء رائع: فحوادث الطيران نادرة للغاية وتصل نسبة موت أحد الركاب في الرحلة إلى واحد من كل 8 ملايين.

جسدنا مجهز أيضاً بنظام معلومات مماثل يمكنه التحذير من أي مرض وشيك. ومع ذلك، فإن قراءة هذه المعلومات الحيوية تتطلب وصولاً شاملاً إلى جسم الإنسان على المستوى الخلوي أو الجزيئي، وهذه الإمكانية للأسف غير متوفرة لدينا. ولكن ماذا عن مرض بعينه، أكثر الأمراض فتكاً: السرطان. هذه هي ذات الفكرة التي تحدث عنها شمس الدين مهاجر زادة، أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة طهران، مع محمد عبد الأحد عندما كان طالب دكتوراه.

دردشة قصيرة ممتعة

يتذكر عبد الأحد، وهو الآن أستاذ مشارك في الهندسة الكهربائية في جامعة طهران أنه: "ذات يوم تحدث مصادفة مع أستاذ جاء من أمريكا وتحدث عن أشياء كثيرة مثيرة للاهتمام حول الخلايا السرطانية". كان عبد الأحد في ذلك الوقت، طالباً جديداً في مرحلة الدكتوراه في الهندسة الكهربائية ولا دخل له بالسرطان وأراد أن يبحث رسالة الدكتوراه في مجال الفوتونات. لكن الدردشة القصيرة مع مهاجر زادة قد غيرت أفكاره بشكل كبير لاحقاً.

بعد فترة وجيزة من التحقيقات الأولية، أدرك عبد الأحد أن العلوم الحيوية المتعلقة بالسرطان وتطبيقاتها الإلكترونية يمكن أن تكون مجالاً متميزاً حقاً للأبحاث. عندما قرر أن يبدأ أطروحته تحت إشراف مهاجر زادة، اتضح له أنه بدون وجود أرضية قوية في العلوم الحيوية، ستكون مهمة المضي في هذا المجال عسيرة جداً. لذلك، بالإضافة إلى الدراسات المعتادة في الهندسة الكهربائية، بدأ دراسة العلوم الحيوية وخاصة حول السرطان وعلم الأمراض وسلوك الكيمياء الحيوية للخلايا وكذلك ترجمتها إلى مجال الإلكترونيات. يقول عبد الأحد: "لقد وفر مهاجر زادة جميع التسهيلات الأساسية المطلوبة للعمل، وحتى أنه طلب من أحد أساتذة علم الأحياء (مهران حبيبي رضائي) أن يعطيني دروساً في التكنولوجيا الحيوية".

خلال هذه الفترة التي استمرت حوالي عامين، نشر عدة مقالات حول السلوك الكهربائي للخلايا السرطانية والخلايا السليمة، واخترع بعض الأجهزة التي كان بعضها فريد في العالم. بعد حصوله على الدكتوراه، منحته جامعة طهران بسبب هذه الإنجازات الرائعة فرصة استثنائية لمتابعة أبحاثه في مختبر اخصائي. وفي ذلك الوقت، قدمت إدارة تطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة التابعة لمديرية العلوم والتكنولوجيا في رئاسة الجمهورية، التمويل اللازم لأبحاثه.

اجتمع تحت قيادة عبد الأحد فريق من الخبراء من مختلف المجالات في مختبر الإلكترونيات الحيوية النانوية للعمل في أبحاث أنظمة وأساليب وأدوات تشخيص السرطان. يقول: "عندما بدأنا أبحاثنا، كان علينا الاستفادة من تخصصات مختلفة وفقاً لاحتياجاتنا". كانت السنوات التالية في الحقيقة مرحلة من التطوير والانجازات المستمرة لعبد الأحد وفريقه البحثي، بما في ذلك تصميم وصناعة رقاقة حيوية إلكترونية دقيقة تسمى "متاس تشيب" والتي يمكنها اكتشاف انبثاث (ورم خبيث) مجهري بدقة عالية في عينات الأنسجة.

كان من أهم العوامل التي أثرت على المسار المهني لعبد الأحد ارتباطه المستمر بالمستشفيات ومراكز أبحاث العلوم البيولوجية. يقول: "بفضل زملائي في جامعة طهران للعلوم الطبية ومستشفى محك، عندما اكتملت عملية تصنيع رقاقة متاس تشيب، أتيحت لنا الفرصة لاختبار أداء الجهاز في التجارب السريرية".

أدى نشر المقالة المتعلقة بمتاس تشيب في مجلة Nature Communications المرموقة إلى نقاشات لمدة 10 أشهر انتهت بنشر المقالة في ديسمبر كانون الثاني عام 2017 بعد مراسلات مكثفة ومناقشات تخصصية بين الحكام والفرق البحثية. لكن بالنسبة لعبد الأحد، لم تكن تلك هي نهاية القصة. يقول: "مع نشر المقالة، قمنا بتقديم ​​التكنولوجيا، ولكن صنع منتج جيد التصميم وسهل الاستخدام بالنسبة لمستعمله كان بمثابة خطوة كبيرة أخرى". هذه الخطوة التي قطعها بالتعاون مع فريق من المصممين الصناعيين لتحويل هذه الأداة إلى منتج نهائي متكامل.

أمنيات ضخمة

ولد عبد الأحد في طهران عام 1982. ولقد حقق العديد من النجاحات في السنوات الأخيرة بما في ذلك تسجيل أكثر من 20 براءة اختراع في أمريكا ونشر أكثر من 50 مقالة في المجلات الرائدة، أغلبها في مجال الكشف عن السرطان عن طريق الأجهزة الإلكترونية النانوية. بسبب بحثه واختراعاته في مجال تكنولوجيا الكشف عن السرطان، قامت المنظمة العالمية للملكية الفكرية بترشيحه للفوز بميدالية "أفضل مخترع شاب" في عام 2016. وقد حصل أيضاً على جائزة أفضل عالم شاب في أكاديمية العلوم الإيرانية. وأصبح منذ عام 2016، عضواً في الهيئة التدريسية التابعة لجامعة طهران للعلوم الطبية. يحاول عبد الأحد إطلاق دورة مشتركة بين الزمالة وما بعد الدكتوراه تسمى "جراحة الأورام الالكتروكهربائية"، وهي فصل مشترك بين فروع الجراحة والهندسة الكهربائية.

يشرح عبد الأحد مجال أبحاثه بهذه الطريقة: "مكافحة السرطان بمساعدة الإلكترونيات في مجال التشخيص، من العلم إلى المنتج". إنه يعمل في الحقيقة على فصل مشترك في مجموعة متنوعة من التخصصات، وهي النقطة الرئيسية التي تحدث فيها موانع عالم العلوم غالباً. إنه في سن الـ 37  حيث يبدو أنه في المكان المناسب في الوقت المناسب. إنه يفكر الآن في هدف طموح آخر، لكنه يقول: "اسمحوا لي ألا أخبركم عنه شيئاً، إنه سر". ومع ذلك، فهو يؤمن بـ "العثور على البصمة الإلكترونية لنشوء السرطان"، و "كيفية التحكم الإلكتروني في عمل السرطان لمنع آثاره المدمرة على الجسم". اثنين من أهم الأسئلة في بحثه التي يمكن للإجابة عنهما أن تؤدي إلى تحطيم الحواجز.

إنه يرى نفسه على أنه شخص "يضع العديد من الأسئلة في اعتباره، شخص لديه معرفته أقل دائماً مما هو مطلوب لحل المشاكل التي لم تحل بعد، لكنه يريد أن يعلم المزيد والمزيد". وهو يعتقد أنه إذا ما قلل من جهله وزاد من تجربته، من الممكن أن يستطيع مساعدة الناس على التمتع بحياة أفضل. يقول: "أنا أؤمن بحياة صادقة، حياة تريد فيها مساعدة الناس، بغض النظر عن دينهم أو عرقهم. أريد أن أكون مسلماً حقيقياً". خارج معمله وبعيداً عن عمله، يفضل قضاء وقته مع أسرته واللعب مع أطفاله.

عندما لم يفت الأوان بعد

التطورات الأخيرة في مجال أجهزة الاستشعار الحيوية للكشف عن السرطان قد وضعت هذه التكنولوجيا على شفا التسويق.

في بعض الأحيان يمكنك التعرف على رائحة أقربائك المقربين حتى مع عيون مغمضة. لا علاقة للأمر بالعطور التي يرشونها أو المنظفات التي يستخدمونها، إنها رائحتهم التي تستطيع تمييزها بوضوح. تتكون رائحة الجسم من الآلاف من المواد العضوية. هذا المزيج المعقد من الجزيئات في رائحة الجسم فريد من نوعه، والذي يشبه بصمات الأصابع، يمكن أن يكشف عن أشياء كثيرة عنا، معلومات كالعمر والوراثة ونمط الحياة ومسقط الرأس والمهنة أو حتى الصحة البدنية وعملياتها الاستقلابية الأساسية.

هذا ليس سراً قد اكتشفه العلم الحديث. في الطب اليوناني التقليدي والصيني القديم، كان شم رائحة المريض وسيلة شائعة لتشخيص المرض. ومع ذلك، تؤكد الأبحاث الطبية الحديثة أيضاً أن رائحة الجلد أو التنفس أو سوائل الجسم يمكن أن تشير إلى ما إذا كان الشخص مريضاً أم لا. على سبيل المثال، تشبه رائحة أنفاس مرضى السكري رائحة التفاح الفاسد أحياناً. إن استخدام الحاسة الشمية كأسلوب تشخيص غير متوغل يبدو فكرة بديعة جداً، لكن لسوء الحظ، ليس لدى جميع الأطباء حاسة شم جيدة وقد لا يكون أنفهم أداة موثوقة. ولكن إذا نظرنا إلى الأمر بشكل أكثر واقعية، فإن جسمنا مليء بالعلامات الحيوية التي إذا توفرت لدينا الأدوات المناسبة لقراءتها، يمكننا الوصول إلى بيانات حياتية عن صحتنا. لهذا السبب ظل الباحثون يعملون لعقود من الزمن لبناء مستشعرات حيوية يمكنها اكتشاف الأمراض بطريقة رخيصة وسريعة وغير متوغلة وموثوق بها.

التحالف

يعود تاريخ أجهزة الاستشعار الحيوية إلى أكثر من قرن، عندما اخترع ماكس كريمر، عالم فيزيولوجي ألماني (1865-1935)، القطب الكهربائي الزجاجي في عام 1906. بعد تقديم مفهوم pH (تركيز أيون الهيدروجين) في عام 1909 وصناعة أول قطب كهربائي لقياسه في عام 1922، حاول العديد من الباحثين إثبات قدرات الأنواع الأولية لأجهزة الاستشعار الحيوية. ومع ذلك، لم يحدث هذا حتى مضي فترة وفي عام 1956 عندما صمم ليلاند كلارك عالم الكيمياء الحيوية الأمريكي (1918-2005) أول جهاز استشعار حيوي حقيقي. ويشار إليه باسم "والد أجهزة الاستشعار الحيوية" واختراعه للقطب لاكتشاف السكري أدى في نهاية المطاف إلى تصنيع الجيل الأول من أجهزة الاستشعار الحيوية في عام 1975.

منذ ذلك الحين وحتى الآن، شهد مجال المستشعرات الحيوية تطورات مهمة، وأصبح الآن مجالاً متعدد التخصصات للدراسة يتطلب فيه كل إنجاز تحقيق تحالف من العلماء الذين يعرفون كيفية بناء جسور بين أسس العلوم الأساسية والإلكترونيات والالكتروكهربائيات المجهرية والتكنولوجيا النانوية والطب. في السنوات الأخيرة، قام فريق من نخبة الباحثين في مختبر الإلكترونيات الحيوية النانوية في جامعة طهران بتشكيل هذا التحالف. قام محمد عبد الأحد رئيس المختبر والأستاذ المشارك في كلية الهندسة الكهربائية والحاسوبية، مع زملاؤه بالكشف عن العديد من أنظمة الكشف المصغرة الجديدة بعد مضي وقت قصير من إطلاق المختبر. حقق عبد الأحد، الفائز بجائزة المصطفى عام 2019 من المقيمين في الدول الإسلامية، وفريقه العديد من النجاحات بما في ذلك تسجيل أكثر من 20 اختراعاً في أمريكا ونشر أكثر من 50 مقالة في المجلات الرائدة. أقدم عبد الأحد في مقال نشر عام 2017 في مجلة Nature Communications ، على الكشف عن رقاقة حيوية إلكترونية دقيقة تسمى "متاس تشيب" والتي يمكنها اكتشاف انبثاث (ورم خبيث) مجهري بدقة عالية في عينات الأنسجة.

إحدى أكثر الأخبار السارة عن أجهزة الاستشعار الحيوية هو أنها يمكن أن تكشف عن الأمراض عندما لا يمكن اكتشافها عن طريق الاختبارات التقليدية الأخرى. وعندما يتعلق الأمر بالتشخيص المبكر، لا يوجد مرض أكثر أهمية من السرطان. لهذا السبب، فإن الهدف الرئيسي للعديد من الأبحاث في مجال أجهزة الاستشعار الحيوية هو العثور على طرق جديدة وتصميم أجهزة جديدة للكشف عن السرطان. تتمثل الخطوة الأكثر أهمية في تحديد تقدم مراحل المرض والأنظمة العلاجية للسرطان في تحديد خلايا السرطان المنتشر في العينة التي يتم إزالتها من الأنسجة الثانوية للمريض باستخدام تقنيات علم الأمراض.

ولكن تم تصميم هذه الأساليب بشكل أساسي لاعتراض وجود خلايا غازية غير طبيعية في العينات التي تم إعدادها من الأنسجة منفصلة بطريقة خاصة. بمعنى آخر، من الممكن دائماً فقدان بعض الخلايا الغازية في هذه الطرق من علم الأمراض. ويقول عبد الأحد: "على الرغم من أن الخلايا السرطانية يمكن التعرف عليها في بعض الحالات، لكنه من المحتمل أن تكون قليلة جداً أو موجودة فقط في أجزاء من العينة المأخوذة والتي لا يفحصها أخصائي علم الأمراض، وبهذا فإن الحيلولة دون تجاهل أي خلايا سرطانية غازية هي مكلفة وتستغرق وقتاً طويلاً".

القاعدة الذهبية

كثيراً ما يقال أن السرطان ليس مجرد مرض. في الواقع، هنالك أكثر من 200 نوع من أنواع السرطان، وكلها ناتجة عن النمو غير المنضبط للخلايا في الجسم. الوفاة المرتبطة بالسرطان عادة ما تكون بسبب أورام ثانوية تنتج في الواقع عن انتشار الخلايا السرطانية إلى أجزاء أخرى من الجسم من خلال عملية تسمى "الانبثاث" الورم الخبيث. يقول عبد الأحد: "يحدث الانبثاث عندما تهاجر الخلايا السرطانية إلى النمط الظاهري للغزو، وهي عملية تبدأ في مجموعات من الخلايا التي يبدو أنها قد انفصلت عن الأورام الأولية".

على الرغم من التقدم الكبير في فهم طبيعة السرطان، لم تحدث منذ فترة طويلة أي تغيرات كبيرة بالنسبة للآثار المدمرة للمرض على المرضى. في الواقع، كان معدل الوفيات الإجمالي لجميع أنواع السرطان في عام 2000 يعادل تقريباً ما كان عليه في خمسينيات القرن الماضي. من ناحية أخرى، بقيت القاعدة الذهبية في مكافحة هذا المرض كما هي: يعتمد نصف النصر في هذه المعركة على الاكتشاف المبكر. ومع ذلك، قد يكون من الصعب للغاية تشخيص المراحل المبكرة من السرطان قبل وقت طويل من تطور الأعراض الجسدية. الطريقة التي قدمها عبد الأحد في مقالته تجعل من الممكن الإيقاع بالخلايا المعدية بطريقة بسيطة وسريعة وغير كيميائية في عينات صغيرة من الأنسجة. ميزة يمكن أن تحسن الفعالية التشخيصية لطرق علم الأمراض الحالية قبل الجراحة أو الإجراءات العلاجية.

إن تكنولوجيا المستشعرات الحيوية في طور التطور، حيث يتم على الدوام تصنيع وتصميم أجهزة أكثر فاعلية وأكثر حساسية وأكثر موثوقية. ومع ذلك، قلة قليلة منهم تصل إلى مرحلة التجارب السريرية لتشخيص السرطان. لكن التعاون بين فريق أبحاث عبد الأحد وجامعة طهران للعلوم الطبية جعل من الممكن أن تخضع رقاقة متاس تشيب لاختبارات سريرية، وقد أثبت الجهاز الذي تم تسجيل براءة اختراعه في أمريكا، امكانيات ملحوظة. يقول عبد الأحد: "تمكنت رقاقة متاس تشيب من اكتشاف حالات انبثاث (ورم خبيث) في أكثر من 70 مصاباً بسرطان الثدي في أقل من 5 ساعات. بالإضافة إلى ذلك، كشفت الرقاقة في غدد لمفاوية لتسعة مرضى أيضاً عن وجود انبثاث لم يستطع نهج علم الأمراض التقليدي الكشف عنها". وأكدت الاختبارات الإضافية التي أجريت على هذه العينات التالفة دقة تشخيصات الرقاقة.

إن الاستثمارات الضخمة التي تمت في السنوات الأخيرة في جميع أنحاء العالم في مجال "البحوث التطبيقية"، وخاصة في مجال التطبيقات العلاجية، مهدت الطريق لتطور تكنولوجيا الاستشعار الحيوي بشكل أسرع. يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى تحالف بين الصناعة والأوساط الأكاديمية لتقديم منتجات تكون قادرة على التسويق والمنافسة في السوق. يتطلب تحقيق هذا الهدف علماء الهندسة والفيزيائيين يتمتعون بفهم أفضل لعلم الأحياء، فضلاً عن علماء في الكيمياء الحيوية وعلماء الأحياء لديهم إطلاع أكبر على قدرات وامكانيات التقنيات المختلفة. يوفر تحالف الأخصائيين من مختلف التخصصات، كالذي تشكل بفضل جهود عبد الأحد وزملاؤه في جامعة طهران، ظروفاً واعدة جداً يمكن أن تؤدي إلى تسويق المنتجات المتقدمة والجديدة.