Enhancement of Bioactive Compounds in Gymnema sylvester cell Suspension Cultures Using Green-synthesized Silver Nanoparticles

لطالما كانت النباتات بمثابة أكثر الصيدليات تطوراً في الطبيعة، حيث تنتج مركبات كيميائية معقدة للدفاع عن نفسها ضد الأمراض والآفات والإجهاد البيئي. ولعدة قرون، حصد البشر هذه النباتات لعلاج الأمراض، لكن الاعتماد على الحقول البرية لتزويد العالم بالأدوية أصبح أمراً صعباً بشكل متزايد؛ فالعديد من النباتات الطبية بطيئة النمو، أو يصعب استزراعها، أو مهددة بفقدان موائلها الطبيعية. علاوة على ذلك، فإن كمية الدواء الفعال التي ينتجها النبات يمكن أن تتباين بشكل كبير اعتماداً على الطقس، والتربة، والموسم. ولحل هذه المشكلة، لجأ العلماء إلى زراعة الأنسجة النباتية، وهي طريقة يتم فيها تنمية الخلايا النباتية في بيئة مختبرية محكومة، تماماً مثل أرضية المصنع للبيولوجيا. وبينما توفر هذه الطريقة الاتساق، فإن هذه الخلايا المستزرعة غالباً ما تنتج كميات أقل بكثير من المواد الكيميائية القيمة مقارنة بالنبات الكامل في الطبيعة. ولتجسير هذه الفجوة، يستكشف الباحثون تقنية "الاستحثاث" (elicitation)، وهي تقنية تعمل على إجهاد الخلايا بلطف لتحفيز أنظمة دفاعها الطبيعية، مما يجبرها على ضخ المزيد من المركبات الطبية المرغوبة.

في دراسة حديثة، بحث فريق من الباحثين في طريقة مبتكرة لتطبيق هذا الإجهاد باستخدام جسيمات الفضة النانوية. وهذه الجسيمات هي جزيئات دقيقة من الفضة، صغيرة جداً لدرجة أنها تُقاس بأجزاء من المليار من المتر، والتي يمكنها التفاعل مع الخلايا الحية بطرق فريدة. لم يستخدم العلماء مواد كيميائية قاسية لإنشاء هذه الجسيمات؛ بل استخدموا طريقة "خضراء"، حيث قاموا بتخليق الجسيمات النانوية باستخدام مستخلص من سعف نوع معين من السرخس. يضمن هذا النهج أن تكون الجسيمات متوافقة حيوياً وصديقة للبيئة. طبق الباحثون هذه الجسيمات الفضية المتناهية الصغر على مستنبت تعليقي لنبات "جيمنيما سيلفسترا" (Gymnema sylvestre)، وهو نبات متسلق مشهور في الطب التقليدي بقدرته على المساعدة في إدارة مستويات السكر في الدم. يُطلق على هذا النبات غالباً اسم "مدمر السكر" لأنه يمكنه كبح طعم الحلاوة وتنظيم الغلوكوز. وكان الهدف هو معرفة ما إذا كان إدخال جسيمات الفضة النانوية المصنعة حيوياً سيعمل كإشارة لخلايا النبات، مما يدفعها لإنتاج كميات أعلى من المركبات النشطة بيولوجياً المحددة التي تجعل هذا النبات ذا قيمة عالية.

تضمنت التجربة تنمية خلايا النبات في أوساط سائلة ثم إدخال جسيمات الفضة النانوية بثلاث درجات مختلفة: واحد، وثلاثة، وخمسة أجزاء في المليون. وعالج الباحثون الخلايا لفترات زمنية متفاوتة، تراوحت من ثلاثة إلى سبعة أيام، قبل تحليل النتائج. ووجدوا أن الجسيمات النانوية كان لها تأثير واضح على الخلايا، وإن لم يكن بالطريقة المتوقعة كمحفز للنمو؛ ففي الواقع، نمت الخلايا المعالجة ببطء أكبر من الخلايا غير المعالجة. وأظهرت الخلايا المعرضة لأعلى تركيز من الجسيمات النانوية، وهو خمسة أجزاء في المليون، تباطؤاً أكثر وضوحاً في النمو. ومع ذلك، لم يكن هذا النقص في الحجم فشلاً، بل بدا وكأنه مقايضة؛ إذ يبدو أن الإجهاد الناجم عن الجسيمات النانوية قد وجه طاقة الخلايا بعيداً عن مجرد زيادة الحجم نحو إنتاج الدفاعات الكيميائية.

وعندما حلل الباحثون التركيب الكيميائي للخلايا المعالجة، اكتشفوا تحولاً جذرياً في أنواع وكميات المركبات الموجودة. فقد أنتجت الخلايا المعالجة بخمسة أجزاء في المليون من جسيمات الفضة النانوية لمدة ثلاثة أيام فقط أعلى المستويات من العديد من المركبات الطبية الرئيسية. وتحديداً، أكدت الدراسة زيادة كبيرة في مختلف أحماض الجيمنيما (gymnemic acids)، وهي المركبات الأساسية المسؤولة عن الخصائص المضادة لمرض السكري في النبات. وأظهر التحليل ارتفاع مستويات أحماض جيمنيما II، وV، وIX، وXII، وXV، وXVII. ولعل الأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو ظهور حمض جيمنيما VI، وهو مركب كان غائباً تماماً في مجموعة الضبط غير المعالجة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الخلايا المعالجة زيادات كبيرة في "جيمنيمانول" (gymnamenol) ومركب يسمى "جيمنامين" (Gymnamine)، وهي مركبات كانت موجودة بالفعل في نباتات المجموعة الضابطة ولكن تم إنتاجها بكميات أكبر بكثير بعد المعالجة. وهذا يشير إلى أن جسيمات الفضة النانوية لم تكتفِ فقط بتعزيز إنتاج المواد الكيميائية الموجودة، بل قامت أيضاً بتنشيط مسارات محددة لتوليد أدوية جديدة وقيمة مثل حمض جيمنيما VI.

كما لاحظت الدراسة تغيرات في عائلات كيميائية أخرى، مثل الزيادة في "الكمفرول" (kaempferol)، وهو مضاد أكسدة قوي، وظهور جزيئات معينة تشبه السكر مرتبطة بـ "بيتا-أمييرين" (beta-amyrin). وفي الوقت نفسه، انخفضت بعض المركبات الأخرى، مما يشير إلى أن خلايا النبات كانت تعيد توزيع مواردها الداخلية للتركيز على هذه الأهداف المحددة وعالية القيمة. وخلص الباحثون إلى أن هذه الطريقة في استخدام جسيمات الفضة النانوية المصنعة خضرياً كمحفز هي استراتيجية واعدة؛ فهي توفر طريقة لتعزيز إنتاج الأدوية المنقذة للحياة في بيئة محكومة دون الحاجة إلى حصاد كميات هائلة من النباتات البرية. ومن خلال الجمع بين دقة تكنولوجيا النانو والقدرات الطبيعية لزراعة الأنسجة النباتية، يمكن لهذا النهج أن يوفر مساراً مستداماً وقابلاً للتوسع لتصنيع الأدوية المعقدة في المستقبل، مما يضمن استمرار قدرة "مدمر السكر" والنباتات الطبية الأخرى على خدمة البشرية دون تعرضها لخطر الانقراض.