Green synthesis and characterization of Mesosphaerum suaveolens-loaded chitosan nanoparticles: An in vitro evaluation

في عالم الطب الحديث، يبحث العلماء باستمرار عن مواد يمكنها إيصال عوامل الشفاء مباشرة إلى حيث تشتد الحاجة إليها دون إلحاق الضرر ببقية الجسم. ويتضمن أحد المسارات الواعدة استخدام الجسيمات النانوية، وهي جزيئات متناهية الصغر لدرجة أنه يمكن أن يتسع رأس دبوس لآلاف منها. تعمل هذه الهياكل الدقيقة كحوامل، قادرة على التسلل عبر الحواجز البيولوجية وإطلاق حمولتها داخل الخلايا. ولجعل هذه الحوامل آمنة وفعالة، يلجأ الباحثون غالبًا إلى "الشيتوزان"، وهي مادة طبيعية مستخرجة من قشور القشريات. يتميز الشيتوزان بأنه متوافق حيويًا، مما يعني أن الجسم يتقبله جيدًا، وهو قابل للتحلل الحيوي، أي أنه يتفكك طبيعيًا بعد أداء مهمته. ومع ذلك، فإن إنشاء هذه الجسيمات النانوية يتطلب عادةً مواد كيميائية قاسية يمكن أن تكون سامة. ويستخدم نهج أحدث وأكثر استدامة يسمى "التخليق الأخضر" مستخلصات النباتات بدلاً من المواد الكيميائية الصناعية لبناء هذه الجسيمات، آملًا في الجمع بين فوائد الطبيعة ودقة تقنية النانو.

قام فريق من الباحثين في جامعة أنامالاي وعدة مؤسسات أخرى في الهند باختبار هذا النهج باستخدام نبات طبي محدد يُعرف باسم Mesosphaerum suaveolens. ينتمي هذا النبات إلى عائلة النعناع، وقد استُخدم لفترة طويلة في الطب التقليدي لخصائصه العلاجية. أراد العلماء معرفة ما إذا كان بإمكانهم استخدام مستخلص أوراق هذا النبات لإنشاء جسيمات الشيتوزان النانوية، ثم التحقق مما إذا كانت هذه الجسيمات الجديدة قادرة على مكافحة العدوى، وتحييد الجذور الحرة الضارة، ومنع خلايا السرطان من النمو. كان هدفهم هو تحديد ما إذا كانت هذه الطريقة الصديقة للبيئة قد أنتجت مادة ليست مستقرة فحسب، بل نشطة بيولوجيًا بما يكفي لتكون مفيدة في علاج الأمراض.

بدأت العملية بجمع أوراق طازجة من النبات، وغسلها، وتجفيفها لتصبح مسحوقًا. قام الباحثون بغلي هذا المسحوق في الماء لإنشاء سائل مستخلص شفاف غني بالمواد الكيميائية الطبيعية للنبات. ثم خلطوا هذا المستخلص مع محلول من الشيتوزان، وهو بوليمر يعمل مثل الإسفنجة لمركبات النبات. ولإحكام الربط بين كل شيء، أضافوا مادة تسمى "ثلاثي فوسفات الصوديوم"، والتي تعمل كعامل ربط عرضي، مما يتسبب في تكتل الخليط إلى جسيمات دقيقة معلقة. تم التأكد من تشكل هذه الجسيمات النانوية بصريًا عندما تحول السائل الشفاف إلى معلق حليبي عكر. قام الفريق بعد ذلك بتدوير هذا الخليط بسرعات عالية لفصل الجسيمات عن السائل، وغسلها، وتجفيفها لإنتاج مسحوق ناعم جاهز للاختبار.

لفهم ما صنعوه، فحص العلماء الجسيمات باستخدام أدوات مختلفة. عندما مرروا الضوء عبر العينة، وجدوا ذروة متميزة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية، مما أكد أن الجسيمات النانوية قد تشكلت بنجاح وتوزعت بشكل متساوٍ. وكشف تحليل آخر باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء أن سطح الجسيمات مغطى بجزيئات عضوية متنوعة من النبات، مثل البروتينات والفينولات، والتي عملت كطبقة واقية. وعندما نظروا إلى الجسيمات تحت مجهر قوي، رأوا أن أشكالها غير منتظمة ومتكتلة نوعًا ما، وهي سمة شائعة للجسيمات المصنوعة باستخدام الطرق البيولوجية. وأظهر التحليل الكيميائي أن الجسيمات تتكون أساسًا من الكربون والنيتروجين والأكسجين، مما أكد أن المادة العضوية للنبات كانت جزءًا لا يتجزأ من البنية.

اختبر الباحثون بعد ذلك ما إذا كانت هذه الجسيمات يمكن أن تعمل كمضادات للأكسدة، وهي مواد تحمي الجسم من الضرر الناتج عن الجزيئات غير المستقرة التي تسمى الجذور الحرة. قاموا بخلط الجسيمات النانوية مع محالولات كيميائية محددة يتغير لونها عند تحييد الجذور الحرة. أظهرت النتائج أن الجسيمات كانت فعالة في إيقاف هذه التفاعلات الضارة. فبتركيز 20 ميكروغرام لكل ميليلتر، قللت الجسيمات من نشاط نوع واحد من الجذور الحرة إلى النصف، وعند تركيز 15 ميكروغرام لكل ميليلتر، فعلت الشيء نفسه مع نوع آخر. وبينما كان الفيتامين القياسي المعروف باسم حمض الأسكوربيك يؤدي بشكل أفضل قليلاً، إلا أن الجسيمات النانوية المستخلصة من النبات أظهرت قدرة قوية على العمل كدرع ضد الإجهاد التأكسدي.

بعد ذلك، بحث الفريق في قدرة الجسيمات على محاربة البكتيريا. وضعوا الجسيمات النانوية على أطباق تحتوي على أربعة أنواع مختلفة من البكتيريا، بما في ذلك سلالات تسبب عدوى جلدية وتلك المقاومة للمضادات الحيوية الشائعة. لاحظوا أن الجسيمات النانوية خلقت مناطق صافية حول آبار الاختبار حيث لم تستطع البكتيريا النمو. وزاد حجم هذه المناطق الصافية مع زيادة تركيز الجسيمات النانوية، مما أظهر تأثيرًا يعتمد على الجرعة. كانت الجسيمات فعالة بشكل خاص ضد البكتيريا موجبة الجرام، التي تفتقر إلى غشاء خارجي قوي، لكنها أظهرت أيضًا نشاطًا ملحوظًا ضد البكتيريا سالبة الجرام، التي تمتلك طبقة حماية أكثر تعقيدًا. يشير هذا إلى أن الجسيمات النانوية يمكنها تعطيل الجدران الخلوية لمختلف الميكروبات الضارة.

أخيرًا، اختبر العلماء الجسيمات على خلايا سرطان الثدي البشرية التي تمت زراعتها في طبق مختبري. عرضوا الخلايا لكميات مختلفة من الجسيمات النانوية وقاسوا عدد الخلايا الحية المتبقية. أظهرت النتలు نمطًا واضحًا: مع زيادة كمية الجسيمات النانوية، انخفض عدد خلايا السرطان الحية. فبتركيز 40 ميكروغرام لكل ميليلتر، قتلت الجسيمات نصف خلايا السرطان. ولفهم كيفية حدوث ذلك، استخدم الباحثون تقنية صبغ خاصة سمحت لهم برؤية الخلايا تحت مجهر فلوري. لاحظوا أن الخلايا المعالجة بدأت في الانكماش وتكثفت نواتها، وهي علامات كلاسيكية على الموت الخلوي المبرمج (apoptosis). وارتفعت نسبة الخلايا التي تمر بعملية التدمير الذاتي هذا بشكل حاد مع الجرعات الأعلى، لتصل إلى ما يقرب من 90 بالمائة عند أعلى تركيز تم اختباره.

تخلص الدراسة إلى أن استخدام مستخلص أوراق نبات Mesosphaerum suaveolens لإنشاء جسيمات الشيتوزان النانوية هو طريقة ناجحة وصديقة للبيئة. هذه الجسيمات ليست مستقرة فحسب، بل تمتلك أيضًا نشاطًا بيولوجيًا كبيرًا، قادرًا على محاربة الجذور الحرة، وتثبيط النمو البكتيري، وتحفيض موت الخلايا السرطانية. ويشير الباحثون إلى أن هذه النتائج تسلط الضوء على إمكانات هذه المادة المصنعة خضريًاً للاستخدام المستقبلي في الطب، لا سيما في تطوير علاجات جديدة للعدوى والسرطان. ومع ذلك، فقد أشاروا أيضًا إلى أن هذه النتائج تستند إلى اختبارات مختبرية، وأن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات على الكائنات الحية للتأكد تمامًا من سلامة وفعالية استخدامها لدى البشر.