بالنسبة لمعظم الناس، لا يمثل الجرح أو الخدش البسيط مشكلة كبيرة، حيث يشفي الجسم نفسه بسرعة، ويمكن للمضادات الحيوية التعامل مع أي عدوى. لكن بعض الجروح، مثل الحروق الشديدة وقرح السكري، تكون عرضة للعدوى البكتيرية التي يمكن أن تصبح مقاومة للمضادات الحيوية.
يقول: “من الصعب جدًا شفاء جروح مرض السكري ويعيش الناس مع هذه الجروح لبقية حياتهم تقريبًا”. فيتالي خوتوريانسكي، عالم المواد في جامعة ريدينغ في المملكة المتحدة.
ولمعالجة هذه المشكلة، يقوم العلماء بتطوير طرق جديدة لعلاج الجروح المصابة باستخدام مواد نانوية مصممة خصيصًا يتم تنشيطها بالضوء وتقديم عمل دقيق مضاد للميكروبات. وقد أظهر هذا النهج نتائج واعدة في الحد من العدوى وتسريع التئام الجروح في التجارب التي أجريت على الفئران والخنازير، ولكن لم يتم اختباره بعد على البشر.
توفر الجروح المزمنة غير القابلة للشفاء الظروف المثالية لتكوين الأغشية الحيوية المرنة، والتي تؤخر الشفاء وتزيد بشكل كبير من خطر البتر. الغالبية العظمى من هذه الجروح – أكثر من 78 بالمائة – تحتوي على هذه الطبقات العنيدة من البكتيريا، والتي غالبا ما تكون مقاومة للمضادات الحيوية.
وتوفر المواد النانوية الجديدة التي يتم تنشيطها بالضوء طريقة مختلفة للقضاء على الالتهابات البكتيرية، عن طريق تحويل الضوء إلى حرارة موضعية، أو عن طريق التفاعل مع الأكسجين الموجود في الأنسجة لإنتاج جزيئات سامة تقتل البكتيريا بأقل قدر من الضرر للأنسجة المحيطة.
يمكن لبشرتنا أن تمتص بشكل طبيعي كميات صغيرة من الإشعاع، ولكن بمساعدة مواد نانوية مصممة خصيصًا تشنبينج تشىن، عالم المواد في جامعة تكساس في دالاس، “يمكنك تسخين الأنسجة إلى درجة حرارة أعلى.” تضعف الحرارة البكتيريا وتساعد على إصلاح الأنسجة. تشين، الذي شارك في تأليف استكشاف هذه التقنية في المراجعة السنوية لعام 2024 للهندسة الطبية الحيوية، يشير إلى أنه مماثل، العلاجات التي تثير الضوء تم استخدامها لتوصيل السموم لاستهداف بعض أنواع سرطان الجلد والمريء، لكن لم يتم تطبيقها على نطاق واسع على العناية بالجروح.
في إحدى الدراسات الواعدة عن الجروح، رافائيل ميزنجا، عالم مواد من ETH Zurich، وزملاؤه بدأوا بـ البروتين المضاد للميكروبات الموجود بشكل طبيعي يسمى الليزوزيم، والذي يتم استخلاصه من بياض البيض. وقاموا بهندسة البروتين وتحويله إلى هلام ممزوج بصبغة تمتص الضوء. في ظل وجود ضوء قريب من الأشعة تحت الحمراء، تسخن الصبغة، مما يؤدي إلى إذابة الهلام وإطلاق الليزوزيم النشط. عندما ينطفئ الضوء وتبرد المادة، يعود الليزوزيم إلى شكله غير النشط.
احصل على الاكتشافات الأكثر روعة في العالم والتي يتم تسليمها مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.
وعندما طبق الفريق الجل على جروح الفئران والخنازير، وجدوا أنه قضى على أكثر من 95% من البكتيريا الموجودة. كما أن الجروح تلتئم بسرعة أكبر، لأن الليزوزيم – وهو مادة سامة للخلايا السليمة أيضًا – تم تنشيطه في الجرح فقط عند تعريضه للضوء، مما ينقذ الجلد من التعرض المفرط. ولتعزيز الشفاء بشكل أكبر، أضاف الفريق أيونات المغنيسيوم إلى الجل، والتي تقوم بتجهيز الخلايا المناعية التي تسمى البلاعم للتحول من حالة الالتهاب إلى حالة تعزز الشفاء. يقول ميزنجا: “سيكون الشفاء أسرع بكثير لأنك تقتل البكتيريا وتشفي الجرح في نفس الوقت”.
يمكن للمواد النانوية التي يتم تنشيطها بالضوء، والتي تطلق مركبات ضارة فقط عند الحاجة إليها، أن تساعد في القضاء على التهابات الجروح مع منع تلف الأنسجة غير المتضررة. هنا، عولجت الفئران المصابة بالتهابات الجروح المقاومة للمضادات الحيوية باستخدام هيدروجيل يطلق الليزوزيم، وهو بروتين مضاد للبكتيريا، فقط عند تنشيطه بالضوء. وقد التأمت جروحهم بسرعة أكبر من جروح الفئران التي تركت دون علاج أو عولجت بالليزوزيم وحده.
(مصدر الصورة: مقتبس من Q. Xuan et al/Nature Communications and Knowable Magazine)
نظرًا لأن الأغشية الحيوية البكتيرية ثابتة بشكل خاص على أسطح الغرسات الطبية – حيث يمكن أن تسبب التهابات متكررة وتتطلب أحيانًا عمليات جراحية متكررة أو حتى بتر الأطراف – فقد اختبر الفريق أيضًا الهلام الخاص به على مفاصل صناعية مصابة في الفئران. قاموا بحقن الجل حول إبرة مزروعة مصابة وسلطوا ضوءًا قريبًا من الأشعة تحت الحمراء عبر الجلد. أدى العلاج إلى إزالة الأغشية الحيوية والقضاء على حوالي 99 بالمائة من البكتيريا الموجودة حول الزرعة، مع الحفاظ على أنسجة العظام.
وفي دراسة حديثة أخرى، عالج علماء من جامعة غانان الطبية وجامعة شنغهاي في الصين الجروح باستخدام مادة نانوية مصنوعة من جسيمات الذهب النانوية وأكسيد الجرافين “النقاط الكمومية”.“، وهي جزيئات صغيرة شبه موصلة قائمة على الكربون. عند تشعيعها بالضوء الأزرق، تمتص جزيئات الذهب الطاقة الضوئية وتحولها إلى حرارة، بينما يساعد أكسيد الجرافين على نقل الإلكترونات عبر المادة. وهذا يعزز التفاعلات التي تنتج جزيئات سامة وغير مستقرة تسمى أنواع الأكسجين التفاعلية التي تتفاعل مع الهياكل الموجودة على الأغشية البكتيرية وتدمرها.
وعندما أضاف العلماء هذه المادة إلى محلول بكتيري وسلطوا الضوء الأزرق عليها لمدة 10 دقائق، عملت الحرارة المعتدلة وأنواع الأكسجين التفاعلية معًا على التسبب في تفكك الأغشية البكتيرية. وباستخدام الصبغة التي تميز البكتيريا الميتة عن الحية، أكد الباحثون أن العلاج قتل 97% من البكتيريا.
وكشف اختبار المادة النانوية على الفئران أنه بعد تسعة أيام، أظهرت جروح الفئران المعالجة شفاءً بنسبة 99%، في حين أظهرت جروح الفئران غير المعالجة حوالي 70% فقط.
في حين أن هذه التقنيات أظهرت نتائج واعدة في المختبر، إلا أنها ستكون هناك حاجة إلى مزيد من العمل قبل أن يمكن تطبيقها على البشر. يقول: “لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه”. لارس كيستنر، عالم الأحياء في جامعة سارلاند في ألمانيا. ويشير إلى أنه لكي يكون الباحثون مفيدًا في المجال السريري، سيحتاجون إلى إجراء اختبارات سلامة واسعة النطاق وخفض تكلفة المواد النانوية.
ومع ذلك، فإن الفكرة توفر الأمل للمرضى الذين يعانون من جروح مزمنة تفشل في الشفاء بالمضادات الحيوية التقليدية، خاصة مع انتشار العدوى المقاومة للأدوية في المستشفيات ورعاية مرضى السكري.
يقول تشين: “إنه مفهوم جيد”. “يمثل التئام الجروح ومقاومة مضادات البكتيريا تحديًا كبيرًا للغاية. وأعتقد أن أي تقدم يمكننا تحقيقه في هذه المجالات سيكون موضع ترحيب.”
ظهرت هذه المقالة في الأصل في مجلة المعرفة, منشور غير ربحي مخصص لجعل المعرفة العلمية في متناول الجميع. اشترك في النشرة الإخبارية لمجلة Knowable.
مرتبط
اكتشاف المزيد من موقع مدسن medicine
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
