Green synthesis and characterization of iron oxide/hydroxyapatite nanocomposite for biomedical applications

في عالم الطب الحديث، يبحث الباحثون باستمرار عن مواد يمكنها التفاعل بأمان مع جسم الإنسان أثناء أداء مهام معقدة، مثل إيصال الأدوية إلى خلايا محددة أو محاربة العدوى. ويتمثل أحد التحديات الكبرى في هذا المجال في إنشاء هذه المواد دون استخدام مواد كيميائية قاسية أو توليد نفايات سامة، وهي عملية تُسمى غالباً "التخليق الأخضر". وبدلاً من الاعتماد على المواد الكيميائية الصناعية، يتجه العلماء نحو الطبيعة، مستخدمين مستخلصات من النباتات والمنتجات الثانوية من الحيوانات لبناء هياكل دقيقة. هذه الهياكل، المعروفة باسم المركبات النانوية، هي مزيج من مواد مختلفة مدمجة معاً على مقي Scale مجهري. وعند دمجها، يمكن لهذه المواد أن تكتسب قدرات جديدة، مثل القدرة على الاستجابة للمجالات المغناطيسية أو القدرة على قتل البكتيريا الضارة، كل ذلك مع بقائها لطيفة بما يكفي لاستخدامها داخل شخص حي. والهدف هو إنشاء مادة ليست فعالة فحسب، بل صديقة للبيئة وآمنة للمرضى أيضاً.

لقد اتخذ باحث في الهند هذا النهج لإنشاء مادة جديدة مصممة للاستخدام الطبي الحيوي، حيث جمع بين مصدرين مختلفين تماماً من الطبيعة: ثمرة شجرة "النوني" وعظام قطعيات الحبار (السيبي) المهملة. بدأ العالم بجمع ثمار النوني الطازجة والأصداف الداخلية الجيرية الفارغة لقطعيات الحبار، والتي غالباً ما تجرفها الأمواج إلى الشواطئ وتُعامل كنفايات. قام الباحث بغلي ثمار النوني لإنشاء مستخلص سائل غني بالمركبات الطبيعية التي يمكن أن تعمل كعامل اختزال، مما يساعد أساساً في تكوين جزيئات معدنية دون مواد كيميائية سامة. استُخدم هذا المستخلص لنمو جسيمات أكسيد الحديد النانوية، وهي جسيمات متناهية الصغر من مادة تشبه الصدأ معروفة بخصائصها المغناطيسية. وفي الوقت نفسه، قام الباحث بمعالجة عظام قطعيات الحبار، حيث طحنها إلى مسحوق ناعم وعالجها بمحاليل بسيطة لتحويل كربونات الكالسيوم الموجودة بداخلها إلى "هيدروكسي أباتيت". وهذا المعدن يشبه إلى حد كبير المادة الموجودة في عظام وأسنان الإنسان، مما يجعله متوافقاً للغاية مع الجسم.

تضمنت الخطوة التالية الجمع بين هذين المكونين. قام الباحث بخلط جسيمات أكسيد الحديد النانوية مع الهيدروكسي أباتيت المستخلص من عظام الأسماك، باستخدام طريقة سمحت لهما بالترابط في مادة واحدة موحدة. ثم خضع هذا المركب النانوي الناتج لسلسلة صارمة من الاختبارات لفهم طبيعته الفيزيائية. وباستخدام مجاهر قوية وأدوات الأشعة السينية، أكد الباحث أن المادة قد شكلت بنية بلورية عالية التنظيم. ووجد أن الجسيمات الفردية صغيرة للغاية، حيث يبلغ قطرها حوالي عشرة نانومترات، رغم أنها تميل إلى التكتل في مجموعات أكبر قليلاً تبلغ حوالي 126 نانومتر عند تعليقها في سائل. كما أظهرت المادة سلوكاً مغناطيسياً محدداً يُعرف باسم "المغناطيسية الفائقة"، مما يعني أنها يمكن أن تنجذب إلى المغناطيس ولكنها لن تظل مغناطيسية بمجرد إزالة المغناطيس الخارجي، وهي سمة حاسمة للتطبيقات الطبية مثل إيصال الدواء المستهدف.

بعيداً عن بنيتها الفيزيائية، اختُبرت المادة لقدرتها على محاربة الأمراض. عرض الباحث المركب النانوي على أنواع عديدة من البكتيريا والفطريات الضارة التي تسبب عادةً عدوى لدى البشر. وأظهرت النتائج أن المادة كانت فعالة في وقف نمو هذه المسببات المرضية، لا سيما ضد نوع من البكتيريا الموجودة على الجلد وعدوى فطرية شائعة. وقد خلقت المادة منطقة واضحة حول نفسها حيث لا تستطيع الميكروبات البقاء على قيد الحياة، مما يشير إلى تأثير قوي مضاد للميكروبات. علاوة على ذلك، بحث الباحث فيما إذا كان يمكن استخدام هذه المادة الجديدة لعلاج السرطان. فقد اختبرها ضد خلايا سرطان الثدي البشرية في بيئة مختبرية. ووجدت الدراسة أنه مع زيادة كمية المادة، انخفض عدد خلايا السرطان الحية بشكل كبير. وعند تركيز معين، تمكنت المادة من منع نصف خلايا السرطان من النمو، مما يشير إلى أنها قد تكون أداة قوية لاستهداف الأورام.

بما أن السلامة هي العامل الأكثر أهمية لأي مادة طبية جديدة، فقد فحص الباحث أيضاً كيفية تفاعل المركب النانوي مع الدم. قام بخلط المادة مع خلايا الدم الحمراء لمعرفة ما إذا كانت ستؤدي إلى انفجارها أو تسربها، وهي عملية تُعرف باسم "تحلل الدم". وعند تركيز 100 ميكروغرام لكل ميليلتر، تسببت المادة في ضرر ضئيل جداً، حيث تأثر أقل من تسعة بالمائة من الخلايا. ويشير هذا المستوى المنخفض من الضرر إلى أن المادة متوافقة حيوياً وآمنة بما يكفي لاعتبارها صالحة للاستخدام في العلاجات التي تتضمن مجرى الدم. وتخلص الدراسة إلى أنه من خلال تحويل النفايات مثل عظام الأسماك وثمار النباتات إلى أداة طبية متطورة، فمن الممكن إنشاء مادة متعددة الاستخدامات، فعالة ضد العدوى والسرطان، وآمنة لخلايا الدم، وصديقة للبيئة. وبينما لا تزال هناك حاجة لمزيد من الاختبارات على الكائنات الحية قبل استخدام هذه المادة في المستشفيات، فإن النتائج تشير إلى مسار واعد نحو ابتكار حلول طبية حيوية أكثر أماناً وخضرة.