In vitro antibacterial activity and oral epithelial cytocompatibility of myrrh-mediated silver nanoparticles against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa
تُظهر جسيمات الفضة النانوية المُصنّعة بواسطة مستخلص مر (*Commiphora myrrha*) والوسيطة بالمر نشاطاً مضاداً للبكتيريا قوياً ضد *المكورات العنقودية الذهبية* و*الزائفة الزنجارية*، مع الحفاظ على توافق خلوي ملائم مع الخلايا الظهارية الفموية الطبيعية، مما يشير إلى إمكانات استخدامها في التطبيقات العلاجية الفموية بانتظار المزيد من الدراسات السريرية.
في عالم الطب، يُعد الفم جبهة نشطة حيث تلتقي دفاعات الجسم باستمرار مع مجموعة واسعة من الغزاة المجهريين. فعندما تسيطر العدوى على الأسنان أو اللثة، يمكن أن تنتشر إلى الفك والوجه، مما يسبب آلاماً شديدة ومضاعفات. ولعقود من الزمن، اعتمد الأطباء على المضادات الحيوية لمحاربة هذه التهديدات البكتيرية، لكن العديد من البكتيريا بدأت تتعلم كيفية مقاومة هذه الأدوية، مما يجعل علاج العدوى أكثر صعوبة. وفي الوقت نفسه، استكشف العلماء نهجاً مختلفاً باستخدام جزيئات الفضة المتناهية الصغر. هذه الجزيئات صغيرة جداً لدرجة أنها تتصرف بشكل مختلف عن المعدن الذي نراه في المجوهرات أو العملات المعدنية، وغالباً ما تعمل كأدوات قوية لوقف نمو البكتيريا. ومع ذلك، لكي يكون العلاج آمناً للاستخدام في الفم، يجب ألا يكتفي بقتل البكتيريا الضارة فحسب، بل يجب أيضاً ألا يؤذي الخلايا السليمة في اللثة والخدين. هذا التوازن بين قتل مسببات الأمراض وحماية الأنسجة السليمة هو التحدي المركزي لأي دواء فموي جديد.
لقد وضع فريق من الباحثين في جامعة الملك سعود في المملكة العربية السعودية هدفاً لابتكار نوع جديد من جزيئات الفضة باستخدام مادة طبيعية تسمى "المر". والمر هو راتنج، وهو صمغ لزج يأتي من شجرة معينة، وقد استُخدم لقرون في الطب التقليدي لتهدئة التهابات الحلق وعلاج الجروح. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم استخدام المواد الكيميائية الموجودة داخل هذا الراتنج لبناء جسيمات فضة من الصفر، وهي عملية تُسمى غالباً "التخليق الأخضر" لأنها تتجنب المواد الكيميائية الصناعية القاسية. قاموا بخلط مستخلص مائي من المر مع محلول فضة وراقبوا المزيج وهو يتغير ببطء من اللون الأصفر إلى البني الداكن، مما يشير إلى أن جزيئات الفضة قد تشكلت. هذا التحول في اللون هو علامة موثوقة على أن المعدن قد تفكك إلى ذرات دقيقة معلقة.
ولفهم ماهية ما صنعوه، نظر العلماء إلى الجزيئات تحت مجاهر قوية وقاسوا أبعادها باستخدام الضوء والأشعة السينية. ووجدوا أن الجزيئات كانت مستديرة في الغالب، وتتراوح أحجامها من صغيرة جداً إلى أقل من أربعين نانومتراً، وهو ما يعادل آلاف المرات أصغر من عرض شعرة الإنسان. كانت الجزيئات مغلفة بطبقة من مواد المر الكيميائية، مما ساعد في الحفاظ على استقرارها ومنعها من التكتل معاً. كما قاس الفريق حركة الجزيئات في الماء ووجدوا أنها تحمل شحنة كهربائية سالبة طفيفة، وهي ميزة تساعدها غالباً في التفاعل مع البكتيريا. أكدت هذه النتائج أنهم نجحوا في إنشاء نسخة طبيعية ومستقرة من جسيمات الفضة النانوية.
كانت الخطوة التالية هي اختبار ما إذا كانت هذه الجزيئات قادرة على محاربة العدوى دون إلحاق الضرر بالخلايا البشرية التي قد تلامسها لاحقاً. قام الباحثون بزراعة نوعين من البكتيريا الضارة في المختبر: إحداهما تسبب عادةً عدوى الجلد والجروح، والأخرى معروفة بصعوبة القضاء عليها وتوجد غالباً في المستشفيات. كما قاموا بزراعة خلايا سليمة مأخوذة من بطانة الفم البشري، بالإضافة إلى نوعين من الخلايا السرطانية لاستخدامهما كمرجع للمقارنة. وعندما عرضوا البكتيريا لجسيمات الفضة والمر، توقف نمو البكتيريا عند تركيزات منخفضة جداً من العلاج. تمكنت الجزيئات من قتل البكتيريا عند تركيزات أعلى قليلاً مما هو مطلوب لوقف تكاثرها.
ومن الأهمية بمكان أنه عندما اختبر الباحثون نفس الجزيئات على خلايا الفم السليمة، كانت النتائج مختلفة تماماً. فحتى عند الجرعات العالية، ظلت الخلايا السليمة حية في الغالب واستمرت في الظهور بشكل طبيعي تحت المجهر. وفي المقابل، بدأت الخلايا السرطانية المعرضة لنفس العلاج في الموت بسرعة، حيث انكمشت وفقدت شكلها. وهذا يشير إلى أن الجزيئات لها تأثير انتقائي: فهي قوية بما يكفي لتدمير الخلايا الضارة أو غير الطبيعية بينما تترك أنسجة الفم السليمة دون مساس إلى حد كبير. لاحظ الباحثون أن الخلايا السليمة احتفظت بأكثر من ثمانين بالمائة من حيويتها حتى عند أعلى الجرعات المختبرة، بينما عانت الخلايا السرطانية من أضرار جسيمة.
تقدم الدراسة صورة واضحة لمادة جديدة واعدة، لكن الباحثين حذروا من أن هذه ليست سوى البداية. فبينما عملت الجزيئات بشكل جيد في البيئة المحكومة لطبق المختبر، فإن الفم مكان معقد مليء بأنواع مختلفة من البكتيريا التي تعيش معاً في أغشية لزجة تسمى "الأغشية الحيوية" (biofilms). الاختبارات الحالية استخدمت مزارع نقية من بكتيريا واحدة، وهو أمر أبسط من العدوى المختلطة الموجودة لدى المرضى الحقيقيين. ويخلص الفريق إلى أنه قبل أن يمكن استخدام هذا العلاج على البشر، يلزم إجراء المزيد من الدراسات لمعرفة كيفية أدائه ضد هذه المجتمعات البكتيرية المعقدة وفي البيئات السريرية. وفي الوقت الحالي، يقف هذا العمل كإثبات قوي للمفهوم، يظهر كيف يمكن استخدام راتنج طبيعي لبناء جزيئات فضة تحارب العدوى مع الحفاظ على سلامة خلايا الفم السليمة.
ملخص تقني: النشاط المضاد للبكتيريا في المختبر والتوافق الخلوي لظهارة الفم باستخدام جسيمات الفضة النانوية المستخلصة من المر
بيان المشكلة غالبًا ما تتضمن التهابات الفم والوجه والفكين، بما في ذلك الخراجات السنية ومضاعفات ما بعد الجراحة، مسببات أمراض انتهازية مثل المكورات العنقودية الذهبية (Staphylococcus aureus) والزائفة الزنجارية (Pseudomonas aeruginosa). ورغم أن المكورات العنقودية الذهبية والزائفة الزنجارية ليستا العاملين الوحيدين في الالتهابات الفموية متعددة الميكروبات، إلا أنهما يعملان كنماذج مرجعية معيارية لبكتيريا غرام الموجبة وغرام السالبة لفحص مضادات الميكروبات. وتواجه العلاجات التقليدية تحديات ناتجة عن مقاومة مضادات الميكروبات. وبالرغم من امتلاك جسيمات الفضة النانوية (AgNPs) لخصائص مضادة للبكتيريا، إلا أن فعاليتها وملفات سلامتها تختلف بناءً على طرق التصنيع، وحجم الجسيمات، وكيمياء السطح. ومن الأهمية بمكان، بالنسبة للتطبيقات الفموية، تقييم النشاط المضاد للبكتيريا جنبًا إلى جنب مع التوافق الخلوي مع خلايا الظهارة الفموية الطبيعية (OECs)، حيث تتصل التركيبات الموضعية بالأنسجة الفموية. وقد افتقرت الدراسات السابقة حول جسيمات الفضة النانوية المستخلصة من المر إلى تقييم متكامل يستخدم الخلايا الظهارية الفموية الطبيعية كعنصر مقارنة غير خبيث، إلى جانب التوصيف الفيزيائي والكيميائي والنقاط النهائية الكمية لمضادات البكتيريا.
المنهجية استخدمت الدراسة نهج التصنيع الأخضر باستخدام مستخلص مائي من نبات المر (Commiphora myrrha) لاختزال نترات الفضة (AgNO₃) إلى جسيمات فضة نانوية.
التصنيع: تم خلط محلول نترات الفضة بتركيز 3 مللي مولار مع مستخلص مر مائي بتركيز 50 ملجم/مل، وحُضن عند درجة حرارة 65 مئوية لمدة 24 ساعة، مما أدى إلى تكوين معلق غرواني بني داكن.
التوصيف الفيزيائي والكيميائي: تم تحليل الجسيمات النانوية المصنعة باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه الكلية الانعكاسية (ATR-FTIR)، وحيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، ومطيافية تشتت الطاقة بالأشعة السينية (EDX)، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS)، وقياس جهد زيتا.
تقييم النشاط المضاد للبكتيريا: تم اختبار النشاط ضد المكورات العنقودية الذهبية (ATCC 25923) والزائفة الزنجارية (ATCC 50071) باستخدام انتشار الآجار، والتخفيف الدقيق للمرق لتحديد التركيز المثبط الأدنى (MIC)، والزراعة الفرعية لتحديد التركيز القاتل الأدنى (MBC).
تقييم التوافق الخلوي: تم تقييم الحيوية في الخلايا الظهارية الفموية البشرية الطبيعية (OECs)، وخلايا سرطان الثدي البشرية (MCF-7)، وخلايا سرطان عنق الرحم البشرية (HeLa). استُخدم اختباران: اختبار MTT وامتصاص النيلي الأحمر (NRU) بعد 24 ساعة من التعرض لتركيزات تتراوح بين 2.5 إلى 100 ميكروغرام/مل. كما لوحظت التغيرات المورفولوجية عبر المجهر ذو التباين الطوري.
النتائج الرئيسية
الخصائص الفيزيائية والكيميائية: تأكد تكوين جسيمات الفضة النانوية من خلال حزمة رنين البلازمون السطحي عند 416 نانومتر (UV-Vis) وانعكاسات مكعبة مركزية الوجه للفضة في XRD. كشف تحليل TEM عن جسيمات كروية إلى شبه كروية بشكل مهيمن مع نطاق حجم أولي يتراوح بين 4.3–39.3 نانومتر (المتوسط: 17.7 نانومتر). وأشار DLS إلى ذروة هيدروديناميكية قدرها 210 نانومتر مع مؤشر تشتت متعدد قدره 0.31، وجهد زيتا قدره -27.5 مللي فولت، مما يشير إلى استقرار غرواني. وأكد EDX وجود الفضة وطبقة عضوية سطحية مشتقة من المر.
النشاط المضاد للبكتيريا: أظهرت الجسيمات النانوية تثبيطًا يعتمد على الجرعة. بلغ التركيز المثبط الأدنى (MIC) 10 ميكروغرام/مل لكلا السلالتين البكتيريتين. وبلغ التركيز القاتل الأدنى (MBC) نحو 20 ميكروغرام/مل لـ المكورات العنقودية الذهبية و30 ميكروغرام/مل لـ الزائفة الزنجارية. وفي انتشار الآجار، وصلت مناطق التثبيط إلى 18 ± 0.7 ملم لـ المكورات العنقودية الذهبية و15 ± 1 ملم لـ الزائفة الزنجارية عند أعلى جرعة مختبرة.
التوافق الخلوي: لوحظ انفصال واضح في الحيوية بين الخلايا الطبيعية والسرطانية. عند تركيز 100 ميكروغرام/مل، ظلت حيوية الخلايا الظهارية الفموية (OEC) مرتفعة (85.18% بواسطة MTT؛ 83.17% بواسطة NRU)، مع تركيز مثبط نصفي (IC₅₀) أكبر من 100 ميكروغرام/مل. وفي المقابل، أظهرت الخطوط الخلوية السرطانية فقدانًا كبيرًا في الحيوية يعتمد على التركيز، حيث بلغت قيم IC₅₀ المستمدة من MTT حوالي 22.2 ميكروغرام/مل (MCF-7) و29.7 ميكروغرام/مل (HeLa). وأكد الفحص المجهري الحفاظ على الشكل المورفولوجي في الخلايا الظهارية الفموية (OECs) مقابل الانكماش والتقوقع الناجم عن الإجهاد في الخلايا السرطانية.
المساهمات الرئيسية تقدم هذه الدراسة ملفًا متكاملًا لجسيمات الفضة النانوية المستخلصة من المر يجمع بين التوصيف الفيزيائي والكيميائي مع بيانات كمية للنشاط المضاد للبكتيريا والسمية الخلوية.
مقارن مبتكر: على عكس الدراسات السابقة حول جسيمات الفضة النانوية المستخلصة من المر، يستخدم هذا البحث الخلايا الظهارية الفموية الطبيعية كعنصر مقارنة غير خبيث، مما يضع خط أساس للتوافق الخلوي للظهارة الفموية.
نقاط نهاية متكاملة: يربط العمل بين خصائص فيزيائية وكيميائية محددة (مثل البنية البلورية والحجم) وبين نتائج بيولوجية محددة (MIC، وMBC، وعتبات حيوية الخلايا).
ملف السلامة: تُظهر البيانات أن الجسيمات النانوية تحافظ على حيوية عالية في الخلايا الظهارية الفموية الطبيعية عند التركيزات التي تثبط وتقتل المسببات المرضية البكتيرية بفعالية وتقلل بشكل كبير من حيوية الخلايا السرطانية.
الأهمية والادعاءات يزعم المؤلفون أن جسيمات الفضة النانوية المستخلصة من المر تظهر نشاطًا مضادًا للبكتيريا ضد السلالات المرجعية ذات الصلة بالتهابات الفم والوجه والفكين، بينما تظهر توافقًا خلويًا أفضل نسبيًا مع الخلايا الظهارية الفموية الطبيعية تحت ظروف المختبر. وتؤكد الدراسة أن هذا، حسب علمهم، هو أول تقييم للسمية الخلوية لجسيمات الفضة النانوية المستخلصة من المر تحديدًا في الخلايا الظهارية الفموية الطبيعية (OECs).
ومع ذلك، تحافظ الورقة على نطاق متواضع فيما يتعلق بالتطبيق السريري؛ حيث يذكر المؤلفون صراحة أن النتائج تمثل فحصًا محكمًا ضد الكائنات المرجعية ولا تحل محل الاختبار ضد الأغشية الحيوية الفموية متعددة الميكروبات، أو البكتيريا اللاهوغة الإلزامية، أو العزلات السريرية. ويخلصون إلى أن دراسات إضافية تشمل الأغشية الحيوية الفموية، والعزلات السريرية، ونماذج الخلايا الفموية الموسعة مطلوبة قبل إمكانية النظر في أي تطبيق سريري. كما لا تدعي الدراسة عزل المساهمات المحددة لمستخلص المر، أو الفضة الأيونية، أو الفضة النانوية، مشيرة إلى أن التأثيرات الملحوظة تعزى إلى الصيغة الكاملة المغلفة بالمر.