Porang Flour-Based Hydrogel as a Vitreous Substitute: Rheological, Optical, and Structural Evaluation for Biomedical Applications

ملخص تقني: هيدروجيل قائم على دقيق البورانج كبديل للجسم الزجاجي

بيان المشكلة
يُعد الجسم الزجاجي غروانيًا شفافًا وحيويًا، وهو مسؤول عن الحفاظ على الاستقرار الهيكلي والوضوح البصري لمقلة العين. إن التلف الذي يلحق بهذا السائل، والذي غالبًا ما ينتج عن حالات مثل السكري أو الإصابات، يستلزم إجراء جراحة للشبكية والجسم الزجاجي حيث يتم استبدال السائل الأصلي. تعاني البدائل القياسية الحالية — بما في ذلك غاز سداسي فلوريد الكبريت، وزيت السيليكون، والمحاليل المنظمة الملحية — من عيوب كبيرة: التكلفة العالية، ومحدودية التوفر، وضعف التوافق الحيوي على المدى الطويل. علاوة على ذلك، غالبًا ما تظهر هذه المواد مشكلات مثل الاستحلاب، وانخفاض معامل الانكسار مقارنة بالسائل الطبيعي، وانخفاض الكثافة، مما يجبر المرضى على اتخاذ وضعيات محددة بعد الجراحة. هناك حاجة ملحة لبديل منخفض التكلفة، ومتوافق حيويًا، ومناسب بصريًا يحاكي الخصائص الفيزيائية للجسم الزجاجي البشري الطبيعي عن كثب.

المنهجية
تبحث هذه الدراسة في تخليق وتوصيف هيدروجيل حيوي مستخلص من دقيق البورانج (Amorphophallus muelleri Blume)، وهو مورد طبيعي وفير في إندونيسيا وغني بالجلوكومانان (15-64% من الوزن الجاف). اتبع البحث عملية متعددة الخطوات:

1. التنقية: تم تنقية دقيق البورانج باستخدام طريقة النقع في إيثانول بتركيز 70% لمدة 7 أيام لتقليل حمض الأوكساليك وزيادة محتوى الجلوكومانان.
2. التخليق: تم إذابة الدقيق المنقى في ماء منزوع الأيونات (DI) بنسبة 1:40. ولتحديد التركيبة المثلى، تم تحريك الخليط باستخدام محرك مغناطيسي (300 دورة في الدقيقة) لفترات زمنية متفاوتة: 6، 12، 18، و24 ساعة.
3. التوصيف: تم تقييم الهيدروجيل الناتج مقابل المعايير الفيزيائية للجسم الزجاجي البشري الطبيعي (الأس الهيدروجيني 7.0–7.5، اللزوجة 0.3–2 باسكال·ثانية، معامل الانكسار 1.3345–1.3348، الكثافة 1.0053–1.008 جم/سم³). شملت الاختبارات ما يلي:
   • الخصائص الفيزيائية: الأس الهيدروجيني (pH)، اللزوجة الساكنة، الكثافة، ومعامل الانكسار.
   • الريولوجيا: تحليل لزوجة معدل القص والخصائص اللزوجة المرنة (معامل التخزين $G'$ ومعامل الفقد $G''$).
   • البصريات: مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis) لتحديد مجموعات الكروموفور وتقييم الشفافية.

النتائج الرئيسية
قارنت الدراسة أربع تركيبات من الهيدروجيل (الهيدروجيل I–IV) بناءً على وقت التحريك مقابل معايير الجسم الزجاجي الطبيعي (VH):

• التركيبة المثلى: أظهر الهيدروجيل الذي حُرِّك لمدة 18 ساعة (الهيدروجيل II) أقرب توافق مع خصائص الجسم الزجاجي الطبيعي. فقد أظهر لزوجة ساكنة قدرها 0.516 باسكال·ثانية، وأس هيدروجيني قدره 7.2، ولزوجة ظاهرة قدرها 8.1 باسكال·ثانية تحت ظروف قص محددة.
• السلوك الريولوجي: أظهرت العينة التي حُرِّكت لمدة 18 ساعة معامل تخزين ($G'$) قدره 2.602 باسكال ومعامل فقد ($G''$) قدره 1.0087 باسكال. ومع ذلك، أشار التحليل الريولوجي إلى أنه في نطاق تردد الهضبة (0.1–10 راد/ثانية)، كان $G'$ أقل من $G''$، مما يشير إلى أن الهيدرويل أظهر سلوك انصهار مهيمن بدلاً من سلوك الهلام الصلب.
• التفاوتات البصرية والفيزيائية: بينما كانت اللزوجة والأس الهيدروجيني للعينة ذات الـ 18 ساعة مناسبين، إلا أن المقاييس الأخرى انحرفت عن الهدف. فقد كان معامل الانكسار 1.3356 (أعلى قليلاً من النطاق 1.3345–1.3348)، وكانت الكثافة 0.976 جم/سم³ (أقل بكثير من الهدف 1.0053–1.008 جم/سم³).
• أوقات التحريك الأقصر: أظهرت العينات التي حُرِّكت لمدة 6 و12 ساعة لزوجات عالية للغاية (تصل إلى 56.6 باسكال·ثانية) ولم تستوفِ المتطلات الريولوجية كبديل للجسم الزجاجي.
• تحليل UV-Vis: بينما أكدت المطيافية غياب مجموعات الكروموفور في نطاق 250–300 نانومتر، خلصت الدراسة إلى أن التركيبة لم تستوفِ معايير الشفافية بناءً على التحليل المشترك لتوصيف UV-Vis، ومعامل الانكسار، والكثافة.

الأهمية والادعاءات
تفترض الورقة أن الهيدروجيل القائم على دقيق البورانان يمثل مرشحًا واعدًا ومنخفض التكلفة ومتوافقًا حيويًا لاستبدال الجسم الزجاجي. نجحت تركيبة الـ 18 ساعة في محاكاة لزوجة وأس هيدروجيني الجسم الزجاجي الطبيعي، مما يعالج الحاجة إلى مادة تتجنب التكاليف العالية ومشكلات التوافق الحيوي للمواد الاصطناعية مثل زيت السيليكون.

ومع ذلك، حافظ المؤلفون على موقف متواضع فيما يتعلق بالجاهزية الحالية للمادة. فقد خلصت الدراسة صراحةً إلى أنه بينما تحقق وقت التحريك لمدة 18 ساعة خصائص "قريبة" من الجسم الزجاجي الطبيعي من حيث اللزوجة والأس الهيدروجيني، فإن التركيبة لم تستوفِ تمامًا معايير الشفافية بناءً على التحليل المشترك لتوصيف UV-Vis، ومعامل الانكسار، والكثافة. وبناءً على ذلك، ذكر المؤلفون أن "هناك حاجة لمزيد من التجارب للتحقق من هذا التدفق الطوبولوجي المعقد" ولتحسين التركيبة لتلبية جميع المتطلبات البصرية والفيزيائية بالكامل من أجل التطبيق السريري. يعد هذا العمل تقييمًا تأسيسيًا للهيدروجيل المستخلص من البورانج، حيث يسلط الضوء على إمكاناته مع الإقرار بالفجوات الفيزيائية المحددة التي لا تزال قائمة.