Bio synthesized magnesium oxide and graphene oxide reinforced methyl cellulose nanocomposite films create tortuous diffusion pathways for enhanced barrier performance and sustained drug delivery

تخيل عالماً لا تكون فيه المواد التي نستخدمها لعلاج الجروح أو إيصال الدواء مجرد حواجز خاملة، بل شركاء نشطين وأذكياء في عملية التعافي. لعقود من الزمن، سعى العلماء لابتكار أغشية يمكنها الاحتفاظ بالرطوبة دون أن تتفكك، وتمنع البكتيريا الضارة، وتطلق الدواء ببطء بمرور الوقت، محاكيةً بذلك إيقاعات الشفاء الخاصة بالجسم. يكمن التحدي في إيجاد مادة قوية بما يكفي للحماية، ومرنة بما يكفي لتتحرك مع الجلد، ومسامية بما يكفي للسماي بمرور الهواء مع منع دخول الماء. ولحل هذه المعضلة، غالباً ما يلجأ الباحثون إلى لبنات البناء الخاصة بالطبيعة: البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي التي تذوب بأمان داخل الجسم، ممزوجة بجزيئات صغيرة وقوية يمكنها تعزيز الهيكل وإضافة وظائف جديدة. والهدف هو إنشاء غشاء "ذكي" يفعل أكثر من مجرد تغطية الجرح؛ فهو يدير بيئة الجرح بنشاط، محافظاً على رطوبة المنطقة للشفاء مع التحكم بدقة في كيفية ووقت دخول الدواء إلى مجرى الدم.

في دراسة حديثة، وضع فريق من الباحثين من الهند خطة لبناء مثل هذا الغشاء عبر دمج ثلاث مكونات متمايزة في ورقة واحدة متماسكة. بدأوا بمادة "ميثيل السليلوز"، وهي مادة مشتقة من الألياف النباتية ومعروفة بقدرتها على تكوين أغشية شفافة ومرنة وتحمل الماء. وإلى هذه القاعدة، أضافوا تعزيزين قويين: "أكسيد الجرافين"، وهو مادة مكونة من ذرات الكربون المرتبة في طبقة واحدة وتتميز بقوة فائقة وتعمل كحاجز، و"جسيمات أكسيد المغنيسيوم النانوية"، وهي بلورات متناهية الصغر معروفة بخصائصها المضادة للميكروبات. لم يستخدم الباحثون مواد كيميائية قاسية لإنتاج هذه الجسيمات، بل استخدموا طريقة "خضراء"، حيث قاموا بتحضير مستخلص من أوراق الحلبة لإنماء بلورات أكسيد المغنيسيوم طبيعياً، مما ضمن أن تكون العملية آمنة وصديقة للبيئة. ثم قاموا بخلط هذه المكونات معاً وترك المحلول يجف ليتحول إلى غشاء رقيق، صُمم ليكون حاجزاً واقياً ونظاماً للتحكم في إيصال الدواء في آن واحد.

نظر الفريق أولاً وبدقة في كيمياء غشائهم الجديد ليروا ما إذا كانت المكونات قد ترابطت حقاً. وباستخدام تقنية تقيس كيفية اهتزاز الضوء عبر المادة، وجدوا أن الأجزاء الغنية بالأكسجين في الجرافين والميثيل السليلوز المستخلص من النبات قد شكلت روابط قوية، مما أدى في الأساس إلى إحكام إغلاق الطبقات معاً. كما فحصوا البنية الداخلية للغشاء باستخدام مجاهر قوية وأشعة سينية؛ وكشفت هذه الأدوات أن جسيمات أكسيد المغنيسيوم وصفائح الجرافين كانت موزعة بالتساوي في جميع أنحاء الغشاء، بدلاً من التكتل معاً. وكان هذا التوزيع المنتظم أمراً حاسماً، لأنه يعني أن الغشاء يمتلك نسيجاً متسقاً دون نقاط ضعف. وأظهر التحليل أن إضافة هذه الجسيمات جعلت الغشاء أكثر تنظيماً وتبلوراً، مما منحه إطاراً داخلياً أقوى من الغشاء النباتي البسيط وحده.

بعد ذلك، اختبر الباحثون مدى قدرة هذا الغشاء الجديد على التعامل مع البيئة، وتحديداً التركيز على الرطوبة. وبما أن هذه الأغشية مخصة لضمادات الجروح، فإنها تحتاج للحفاظ على رطوبة الجرح بما يكفي للشفاء، ولكن دون أن تصبح رطبة جداً لدرجة تؤدي إلى تلفها. وجد الفريق أن إضافة الجرافين وأكسيد المغنيسيوم قللت بشكل كبير من كمية الماء التي يمتصها الغشاء من الهواء. وقد شرحوا ذلك بوصف كيف خلقت الجسيمات مساراً متعرجاً وصعباً يجب أن تسلكه جزيئات الماء. تخيل محاولة المشي عبر غابة كثيفة حيث تم ترتيب الأشجار بطريقة تجبرك على اتخاذ طريق طويل ومتعرج للوصول إلى الطرف الآخر؛ كان على جزيئات الماء أن تسلك مساراً طويلاً ومتعرجاً مماثلاً عبر الغشاء، مما أدى إلى إبطائها وإبقاء الغشاء أكثر جفافاً. كان هذا التأثير قوياً لدرجة أن الغشاء سمح بخروج بخار ماء أقل بكثير من النسخة العادية، وهي سمة رئيسية للحفاظ على استقرار بيئة الجرح.

تضمن الاختبار الأخير، وربما الأكثر أهمية، مراقبة كيفية إطلاق الغشاء للدواء. قام الباحثون بتحميل الأغشية بمسكن شائع للألم يسمى "كيتورولاك ترو ميثامين" ووضعوها في محلول يحاكي جسم الإنسان. وراقبوا المدة التي يستغرقها خروج الدواء. أطلق الغشاء العادي الدواء بسرعة، لكن الأغشية المركبة الجديدة احتفظت بالدواء وأطلقته ببطء وثبات على مدار ثماني ساعات. عملت الجسيمات الموجودة داخل الغشاء كعوائق، مما أجبر جزيئات الدواء على اجتياز مسار معقد قبل أن تتمكن من الهروب. هذا "المسار المتعرج" يعني أن الدواء لم يتدفق إلى النظام دفعة واحدة، بل تم إيصاله بطريقة محكومة ومستمرة. ووجد الباحثون أن عملية الإطلاق اتبعت نمطاً يمكن التنبؤ به حيث عمل كل من حركة الدوا واسترخاء مادة الغشاء معاً للتحكم في التدفق.

تخلص الدراسة إلى أن هذا الجمع بين الغشاء النباتي، وصفائح الكربون، والجسيمات المعدنية، يخلق مادة ذات قوة فائ Supereior، وحماية أفضل ضد الرطوبة، وقدرة على إطلاق الدواء بمرور الوقت. ويشير الفريق إلى أن هذه الأغشية قد تكون مفيدة جداً لضمادات الجروح واللصقات الجلدية، مما يوفر طريقة قابلة للتحلل الحيوي وفعالة لإدارة الألم والشفاء. وبينما تبدو النتائج واعدة، يشير الباحثون إلى أن هناك حاجة لمزيد من العمل لاختبار كيفية تفاعل هذه الأغشية مع الخلايا الحية ولقياس قوتها تحت الضغط الفيزيائي. في الوقت الحالي، لقد أثبتوا أنه من خلال الخلط الدقيق بين المكونات الطبيعية والاصطناعية، من الممكن إنشاء مادة خضراء بسيطة تؤدي مهام معقدة، محولةً مشتقاً نباتياً أساسياً إلى أداة متطورة للطب الحديث.