Mechanistic Evaluation of Zinc Oxide Phyto-Nanoparticles in MDA-MB-231 Cells: Linking Cytotoxicity, Cell cycle Arrest, Apoptosis, and Caspase3 and p53 Gene Modulation

لا يزال سرطان الثدي أحد أكثر الأمراض تحدياً في العلاج، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن الخلايا التي تسببه عنيدة ويصعب إيقافها. وفي البحث عن علاجات أفضل، وجه العلماء اهتمامهم إلى العالم المجهري للجسيمات النانوية. هذه جسيمات متناهية الصغر، بحيث يمكن أن يتسع رأس دبوس لآلاف منها، ويمكن هندستها للتفاعل مع الخلايا الحية بطرق فريدة. ومن بين هذه الجسيمات، أظهرت جسيمات أكسيد الزنك نتائج واعدة. إنها ليست مواد جديدة، ولكن عندما يصنعها العلماء باستخدام مستخلصات النباتات — وهي طريقة تُعرف باسم "التخليق الأخضر" — فإنها غالباً ما تكتسب خصائص جديدة. تحتوي النباتات على مواد كيميائية طبيعية يمكن أن تساعد في بناء هذه الجسيمات وتغليفها، مما قد يجعلها أكثر أماناً وفعالية في استهداف الخلايا السرطانية دون إلحاق الضرر بالأنسجة السليمة بقدر ما تفعل أدوية العلاج الكيميائي التقليدية. والسؤال الذي كان الباحثون يطرحونه هو ما إذا كانت هذه الجسيمات النانوية المصنوعة من النباتات يمكنها تحديد التعرف على خلايا سرطان الثدي العدوانية وتدميرها، وإذا كان الأمر كذلك، فكيف تنجح في القيام بذلك.

في دراسة حديثة، وضع فريق من الباحثين في جامعة جي إس إس للعلوم والتكنولوجيا في الهند (JSS Science and Technology University) في الهند مسعى للإجابة على هذا السؤال باستخدام نوع محدد من خلايا سرطان الثدي يُعرف باسم MDA-MB-231. تُعرف هذه الخلايا بأنها عدوانية للغاية ويصعب علاجها. قام العلماء بإنشاء جسيماتهم النانوية باستخدام أوراق شجرة النيم، وهي نبات يُستخدم على نطاق واسع في الطب التقليدي. خلطوا محلولاً من الزنك مع مستخلص سائل مصنوع من أوراق النيم المجففة، وسخنوا الخليط حتى تحول الزنك إلى جسيمات نانوية صلبة ومتناهية الصغر. ولرؤية ما إذا كانت هذه الجسيمات الجديدة يمكنها محاربة السرطان، وضعوها في طبق مع الخلايا السرطانية وراقبوا ما يحدث بمرور الوقت. وقارنوا آثار جسيمات النانو المصنوعة من النيم مقابل دواء سرطان قياسي يسمى دوكسوروبيسين (doxorubicin) وضد مستخلص أوراق النيم العادي وحده.

كانت النتائج مذهلة. فعندما تعرضت الخلايا السرطانية لجسيمات أكسيد الزنك النانوية، بدأت تموت بمعدل أعلى بكثير مما حدث عند تعرضها لمستخلص النبات العادي. وعند تركيز محدد يبلغ 10 ميكروجرام لكل ميليلتر، أوقفت الجسيمات النانوية نمو ما يقرب من 89 بالمائة من الخلايا، وهو مستوى من الفعالية يقترب من فعالية دواء الدوكسوروبيسين القياسي. نظر الباحثون بعد ذلك بعمق لفهم الآلية الكامنة وراء موت الخلايا. فقاموا بفحص دورة حياة الخلايا، والتي تتضمن سلسلة من المراحل حيث تنمو الخلية وتنسخ حمضها النووي وتنقسم. في التجمعات الصحية والنامية، تكون الخلايا منتشرة عبر هذه المراحل. ومع ذلك، بعد المعالجة بالجسيمات النانوية، تعثرت الخلايا؛ حيث تراكمت في مرحلة معينة حيث كان من المفترض أن تستعد للانقسام، مما أدى فعلياً إلى وقف تكاثرها. هذا "الازدحام المروري" منع السرطان من الانتشار أكثر.

بمجرد أن علقت الخلايا في هذه الدورة، حفزت الجسيمات النانوية تسلسلاً للدمار الذاتي يُعرف باسم "الموت الخلوي المبرمج" (apoptosis). وهذا هو طريق طبيعي ومنظم لموت الخلايا عندما تتضرر، وهو يختلف عن الموت الفوضوي وغير المنضبط الذي يحدث عندما يتم تسميم الخلية ببساطة. وجد الباحثون أن الجسيمات النانوية تسببت في دخول عدد كبير من الخلايا في هذه المرحلة المبكرة من الموت المبرمج. كما لاحظوا أن الجسيمات النانوية أبطأت قدرة الخلايا السرطانية على الحركة والهجرة عبر سطح ما، وهي خطوة رئيسية في كيفية انتشار السرطان إلى أجزاء أخرى من الجسم. وبينما كان الدواء القياسي دوكسوروبيسين أكثر فعالية قليلاً في إيقاف الحركة، إلا أن الجسيمات النانوية لا تزال تظهر قدرة قوية على إبقاء الخلايا في مكانها، مما قلل من هجرتها بشكل كبير مقارنة بالخلايا غير المعالجة.

ولفهم المفاتيح الجزيئية التي يتم تفعيلها داخل الخلايا، حلل العلماء التعليمات الجينية داخل الخلايا السرطانية. لقد بحثوا في جينين محددين: أحدهما يعمل كحارس للحمض النووي للخلة، ويُعرف باسم p53، والآخر يعمل كمنفذ لبرنامج التدمير الذاتي للخلية، ويُسمى Caspase-3. في الخلايا التي عولجت بالجسيمات النانوية، تم رفع وتيرة التعليمات لكلا الجينين؛ حيث أنتجت الخلايا المزيد من بروتين p53، والذي من المحتمل أنه أشار إلى تلف الحمض النووي، والمزيد من بروتين Caspase-3، الذي نفذ الخطوات النهائية لموت الخلايا. ارتفعت مستويات هذه البروتينات بطريقة تتوافق مع كمية موت الخلايا المرصودة، مما أكد أن الجسيمات النانوية لم تكن تكتفي بتسميم الخلايا فحسب، بل كانت تنشط آليات السلامة الداخلية للخلية للقضاء على نفسها.

كما سلطت الدراسة الضوء على أهمية الطريقة المستخدمة لإنشاء الجسيمات. فقد كان لمستخلص أوراق النيم العادي، بدون الجسيمات النانوية، تأثير ما، لكنه كان أضعف بكثير؛ فقد قتل عدداً أقل من الخلايا ولم يحفز الاستجابة الجينية القوية نفسها. وهذا يشير إلى أن عملية تحويل المواد الكيميائية النباتية إلى جسيمات نانوية جعلتها أكثر قوة. ومن المرجح أن الحجم المتناهي الصغر للجسيمات سمح لها بدخول الخلايا السرطانية بسهولة أكبر، مما مكنها من إيصال حمولتها السامة مباشرة إلى حيث تشتد الحاجة إليها. وخلص الباحثون إلى أن جسيمات أكسيد الزنك النانوية المصنعة حيوياً تقدم مساراً واعداً جديداً لعلاج سرطان الثدي العدواني. لقد أثبتوا أنه من الممكن استخدام المواد النباتية لإنشاء أداة توقف الخلايا السرطانية عن الانقسام، وتجبرها على التدمير الذاتي، وتمنع انتشارها، كل ذلك مع الاقتراب من فعالية أدوية العلاج الكيميائي الراسخة. وبينما لا تزال هناك حاجة لمزيد من الأبحاث لمعرفة ما إذا كان هذا سينجح في الكائنات الحية، فإن النتائج تقدم صورة واضحة ومشجعة لكيف يمكن لتقنية النانو المستوحاة من الطبيعة أن تساعد يوماً ما في محاربة أحد أصعب أشكال السرطان.