تقنية النانو والمضادات الحيوية

بقلم: الدكتور/ أمنية أحمد محمد كمال العوسي

باحث بمعهد بحوث الصحة الحيوانية بالزقازيق

تقنية النانو هي تقنية سريعة النمو بين  العديد من التخصصات ، مثل الكيمياء والبيولوجيا والفيزياء والرياضيات والهندسة .

            والطب النانوي هو مجال جديد في العلوم الطبية وجدت فيه تقنية النانو طريقها إلى الطب.

وبالنظر الى المضادات الحيوية النانوية هي محور مهم في هذا المجال  نظرًا للتزايد الرهيب في عدد البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة باعتبارها واحدة من المشكلات الخطيرة في جميع أنحاء العالم.

يعد استخدام المضادات الحيوية أمرًا مهمًا بشكل كبير في الحالات المعرضة للعدوى ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ،حدث ظهور سريع للمقاومة لجميع فئات المضادات الحيوية تقريبًا كتهديد حقيقي للمجتمع. بعد تقييم البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة ، أصبحت العديد من الأمراض غير قابلة للعلاج.

جزيئات النانو:

 تتميز المواد الناتجة عن النانو بإختلاف خواصها الفزيائية والكيميائبة والبيولوجية في نواح أساسية ومهمة حيث يمكن أن تكتسب هذه المواد خصائص جديدة عن تلك التي كانت تمتلكها في حالتها العادية، فمثلا يمكن أن تزداد صلابتها وقوتها أوتعزيز توصيلها للكهرباء والحرارة أو زيادة خواصها المغناطيسية ويمكن أيضا أن يحدث تغيرفي ألوانها حسب أحجامها ونتيجة لهذه المميزات يمكن الإستفادة منها في توجيه تكنولوجيا النانو نحو تخليق مواد وأجهزة ونظم محسنة.

 ولقد شهدت السنوات الاخيرة بالقرن  الماضى والحالى تطورات عظمى فى استخدام  تكنولوجيا النانو فى العديد من الجوانب المتعلقة بصحة الحيوان  خاصة طرق علاج الأمراض .

• تغلب الجسيمات النانومترية على مقاومة الميكروبات

تم إجراء المزيد من الدراسات لاكتشاف مضادات حيوية جديدة لمكافحة مسببات الأمراض المقاومة للأدوية المتعددة (MDR) توصل الباحثون لاستخدام تكنولوجيا النانو لتخليق مضادات حيوية جديدة من الجسيمات النانومترية للمعادن واثبتت على مدى 10 سنوات كفاءتها فى مقاومة الميكروبات المسببة لامراض الحيوان.

 وألقت  الدراسات الضوء على اهمية الجسيمات النانومترية لاكسيد الزنك والنحاس والفضة والسيلينيوم  وان لها  سمية وكفاءة  انتقائية للبكتيريا والفطريات دون اضرار بخلايا الانسان والحيوان المستخدم للجسيمات النانومترية كعلاج سواء بالتناول بالفم او الحقن او بالاضافة للاغذية والعلائق .

وقد تم العثور على الجسيمات النانوية ذات النشاط المضاد للميكروبات كبديل جديد للمضادات الحيوية التقليدية  وشملت اثارها  القضاء على الميكروبات السامة المسببة للتسمم الغذائى بالانسان والحيوان مثل بكتريا الاشيريشيا كولاى والسالمونيلا والمكورات العنقودية.

و لزيادة فعالية المضادات الحيوية التقليدية ، تم دمج العديد من العوامل المضادة للميكروبات في NPs.

تنقسم مضادات الميكروبات النانوية إلى فئتين: (أ) NPs التي لها تأثير قتل مباشر على مسببات الأمراض (ب) NPs التي تعمل كحامل وتزيد من نشاط مضادات الميكروبات للعقار المغلف (على سبيل المثال حاملات دواء نانوية محضرة من بوليمرات طبيعية أبرزها الكيتوزان)

• تاثيرالجسيمات النانومترية على التركيب الجينى لجينات الضراوة بالميكروبات

اثبتت الدرسات أن الجسيمات النانومترية لاكسيد الزنك والفضة واكسيد الحديد والسيلينيوم وتركيبهما مع الاعشاب ذات كفاءة فى ازالة جينات الضراوة  لبكتريا الاشيريشيا كولاى السامة.

مما تقدم يتضح ان الجسيمات النانومترية  للمعادن اكثر كفاءة من المضادات الحيوية التقليدية  لما لها من تاثير مزيل للجينات المرضية بالميكروبات مما يعد طفرة فى علاج امراض الانسان والحيوان بصورة نهائية تتجنب ارتجاع العدوى بالمرض وذلك يزيد من كفاءة صحة الانسان وكذلك الحيوان وانتاجيته  مما ينعكس على ارتفاع الدخل القومى للمربى والدولة.

• الكيتوزان:

عبارة عن مادة تتكون أساسا من مادة الكايتين (chitin) والتي تعتبر سلسلة من الكربوهايدرات المتصلة والتي تستخلص من الهيكل الخارجي للصدفيات والمحار والأسماك الصدفية البحرية كمثل “الجمبري” حيث تطحن هذه المواد الصدفية والقشريات مع بعضها البعض ومن ثم تخضع لعملية كيميائية مبسطة تعتنى بانتزاع ماده الأسيتيل (De-Acetyaltion)  وبعد انتزاع هذا الجزء تصبح التركيبة الأساسية للشيتوزان جاهزة حيث تصبح مادة الشيتوزان تحمل شحنات موجبة من الأمونيوم والتي تعمل على جذب جزيئات أي مادة بجانبها أو بقربها تحمل شحنات سالبة

• مميزات الكيتوزان:

يتميز الكيتوزان بمقاومتها للبكتيريا وانعدام السمية وقابليتها للتّحلل،

وهي مواصفات جعلتها من المرونة بحيث يسهل توظيفها في أكثر من استخدام.

• استعمال الكيتوزان في تغيلف الادوية

 يعد تحميل الدواء على بوليمر الكيتوزان مفيداً في إطلاقه ببطء للمكان المستهدف كذلك في التغلب على قيود توصيل الدواء,  فالجسيمات النانوية لها العديد من المزايا مثل حجم الجسيمات الصغير مما يزيد معدل ذوبان الأدوية ، مساحة السطح الكبيرة والسطح القابل للتعديل.

·        عدوى الايشيريشيا كولاي والمضادات الحيوية النانونية  في الدواجن

تمثل صحة الحيوان الدور الرئيسي في سلامة الغذاء للاستهلاك البشري في البلدان النامية خاصة صناعة الدواجن.

تستوطن جراثيم Escherichia coli طبيعياً أمعاء الإنسان والحيوان كجزء من الفلورا الطبيعية وتسبب جراثيم Escherichia coli أمراض كثيرة للإنسان والحيوان حيث تسبب في الدواجن العديد من الالتهابات كالتهاب الكيس المحي  infection Yolksac و التهاب العين

 Omphalitis وإلتهاب الأنسجة الرخوة Cellulitis ومرض تورم الرأس syndrome head Swollen والورم الحبيبي القولوني Coligranuloma .

يرتبط هذا المرض ارتباطاً وثيقاً بمعظم الأمراض الفيروسية والطفيلية بالإضافة للميكوبلازما إذا ما وجدت العوامل التي تنشط فعاليته كالبرودة والازدحام وكثافة التربية وقلة التهوية.

يعتبر عدوى الايشيريشيا كولاي ( العصيات القولونية) من الأمراض الشائعة جدا بتربية الدواجن و يصعب السيطرة عليه كما انه يسبب خسائر اقتصادية عالية في المقام الأول علي الدجاج اللاحم والذي يتراوح عمره من 4-6 أسابيع وهو مسئول عن نسبة كبيرة من الوفيات في قطاع الدواجن.

قد تصيب بكتيريا ال  Escherichia coli المقاومة للمضادات الحيوية التي تصيب الدواجن الإنسان مباشرة أو من خلال الغذاء أو الماء .

تعتبر انتشار المقاومة في Escherichia coli مؤشر واضح في مقاومة الجراثيم للمضادات الحيوية في المجتمع، حيث أجريت العديد من الدراسات عن   coli  Escherichia وذلك لكونها تحتل عدة بيئات مضيفة ملائمة بضمنها الإنسان والحيوان بالإضافة إلى كون Escherichia coli  تستبدل المادة الوراثية بفعالية أو بكفاءة مع الجراثيم الأخرى.

لذا وجب  علينا تطبيق استخدام  العلاج الآمن (المضادات الحيوية النانونية) كما ذكرنا سابقا ضد الميكروبات المقاومة للمضادات الحيوية التجارية حيث وجد ان الجسيمات النانوية لها نشاط المضاد للميكروبات للقضاء على بكتريا الاشيريشيا كولاى  كبديل جديد للمضادات الحيوية التقليدية  لتجنب اثارها الضارة لاقتصاد المربى والدولة.

المخاطر التي  ترتبط بتقنية النانو:

أن الأدوية وكذلك نواقلها، لكي يتم تسويقها، تخضع لسنوات وسنوات من البحوث والدراسات وأيضًا ، و باعتبار أن جسم الإنسان آلة في غاية التعقيد فمن الضروري ضمان كون الدواء آمنًا، وهذا ينطبق أيضًا على تقنيات النانو التي يجب ان  تجتاز جميع المراحل التجريبية.

لذا كان من الصعب تحديد ماهية تلك المخاطر الان لأن الأمر يستغرق عدة سنوات من الاختبارات والنتائج السريرية قبل أن يتم تقييمها بالكامل، فنحن نعلم أنها تعمل جيدًا ونعلم آثارها على المدى القصير، ولكن لا نعلم آثارها على المدى الطويل، ولذلك، لابد من مواجهة هذه المخاطر طويلة الأجل عن طريق العلم

 ولابد من الإشارة هنا إلى أنه لا يوجد أي تنظيمات أو قوانين محددة وواضحة تحدد الأضرار والأخطار الناتجة عن استخدام المواد النانوية وذلك بسبب اختلاف خصائص وأحجام تلك المواد النانوية وأيضا اختلاف درجة  سُميّة تلك المواد، كما أنه لا يوجد الآن تجارب وبحوث كثيرة حول أخطار هذه التقنية إلا بعض الأبحاث القليلة على فئران التجارب.
أخطار الاستخدام
وعلى الرغم من التطبيقات الواسعة لتقنية النانو والتي تشمل جميع نواحي الحياة، إلا أن هناك اهتماما كبيراً في البحث عن إمكانية حدوث آثار جانبية.

فالجسيمات النانوية -بسبب صغرها الشديد- يمكن أن تنفذ بسهولة شديدة من خلال الجلد والرئتين والأجهزة المعوية  ، وقد أشارت بعض التجارب إلى أن الجسيمات النانوية عند استنشاقها يمكن أن تحدث التهابا في الرئتين أكثر مما تتسبب به الجسيمات ذات الحجم الكبير من نفس النوع.

ومن ناحية أخرى أن استنشاق المواد النانوية (مثل الجسيمات النانوية، الكرات النانوية، أنابيب الكربون النانوية،….) سوف يؤدي إلى سريان هذه المواد داخل الجسم ومن ثم وصولها إلى المخ حيث خلصت دراسة أخرى إلى أن الجسيمات النانوية قد تسببت في موت بعض القوارض وحدوث تلف للمخ في السمك.

بسبب الحجم متناهي الصغر للمواد النانوية فأنها أكثر قابلية للامتصاص داخل الجسم عن الجزيئات كبيرة الحجم.

وتعتبر كيفية التعامل مع تلك الجزيئات النانوية داخل الجسم إحدى القضايا التي تتطلب التوصل لحلٍ لها.

ويعتمد سلوك الجزيئات النانوية على حجمها وشكلها وتفاعلها السطحي مع النسيج المحيط بها.

حيث قد تسبب حملاً زائداً على خلايا ال  phagocytes    وهي تلك الخلايا التي لديها القدرة على ابتلاع وتدمير الأجسام الغريبة ، ومن ثم تسفر عن التهابات وتضعف من مقاومة الجسم ضد مسببات الأمراض الأخرى.

هذا بالإضافة إلى أنه في حالة تجمع الجزيئات النانوية الغير قابلة للتحلل أو تلك التي تتحلل بطءٍ داخل الأعضاء يتمثل في إثارة مخاوفٍ أخرى مرتبطةٍ بقدرتها على التأثير على العمليات الحيوية داخل الجسم وقد يؤثر ذلك على الآليات التنظيمية للإنزيمات والبروتينات الأخرى.

 تعتمد سمية الجسيمات النانوية على خصائص سطحها والبنية والحجم والقدرة على التجمع. فإذا كانت الجسيمات النانوية ضعيفة الذوبان فإنها يمكن أن تسبب السرطان.

وذلك لأن الجسيمات النانوية لديها مساحة أكبر من مساحة السطح إلى نسبة الحجم مما يزيد من التفاعل الكيميائي والبيولوجي.

على سبيل المثال تدخل الجسيمات النانوية عن طريق الجلد عندما تكون موجودة في منتجات العناية بالبشرة أو منتجات الشعر أو مرطب الشفاه بما في ذلك واقيات الشمس والكريم المضاد للتجاعيد.

تحتوي مستحضرات التجميل على أكبر عدد ممكن من المنتجات ذات الجسيمات النانوية، وتعبر جزيئات الكوبالت والكروم النانوية من خلال حاجز الجلد وتسبب تلف خلاياال fibroblasts.

كما يمكن للجسيمات النانوية أن تحفز الخلايا العصبية في الرئة التي تؤثر على الجهاز العصبي المركزي والوظيفة اللاإرادية للقلب والأوعية الدموية.

عندما تصل NPs إلى الدورة الدموية ، فإنها يمكن أن تؤدي إلى التهاب حاد ، حيث يتم التعرف على هذه الجسيمات وتحديدها من قبل الجهاز المناعي للجسم على أنها جزيئات “غازية”.

يبدأ الجهاز المناعي بإفراز السيتوكينات وهي مادة كيميائية تُطلق عادة عندما يتعرض الجسم لمواد غريبة.

تسبب هذه الجسيمات تفاعلًا في الرئة مثل أي مواد ملوثة أو التهابية  ، في الحالات القصوى يمكن أن تؤدي إلى ازمات قلبية.

الاحتياطات الواجب مراعاتها عند استخدام جزيئات النانو:

كما ذكرنا قد تؤثر بعض الخصائص للمواد النانوية على مدى السمية  لذا  فأنه من الصعب تعميم المخاطر الصحية المصاحبة للتعرض للمواد النانوية  حيث يجب تقييم كل مادة نانوية جديدة بصورةٍ فرديةٍ بالإضافة إلى أنه يجب أن يوضع في الاعتبار الخصائص النانوية جميعها.

ولتفادي أي أضرار محتملة لهذه التقنية يجب على كل من يستخدم الجسيمات النانوية أو يتعرض لها استخدام وسائل الحماية مثل الأقنعة والقفازات وما إلى ذلك أثناء العمل مع المواد النانوية.

يجب عليهم أيضًا توخي الحذر بشأن التخلص من هذه المواد بمجرد الانتهاء من التجارب لضمان عدم دخول هذه الجسيمات الضارة إلى البيئة وتفاقم التصنيف الجديد للتلوث ، التلوث النانوي.

  لقد أدرجت منظمة الصحة العالمية بالفعل سلسلة من الآثار الصحية على التعرض لـ NPs.

ولكن ما هو حجم الخطر وماذا يجب أن تكون اللوائح والسياسات التي لم تتم صياغتها بعد.لذا يتعين على العديد من البلدان وضع لوائح بشأن استخدام المنتجات النانوية سواء في مستحضرات التجميل أو الأدوية أو تغليف المواد الغذائية أو غيرها و استخدام الآليات والقوانين التنظيمية أثناء إنتاج واستخدام المواد النانوية