ألياف طبيعية للحذاء والقرنية

سلطت دورية نيتشر بيوتكنولوجي Nature Biotechnology الضوء على موضوعين هامين ألا وهما استخدام الألياف الطبيعية لصنع أحذية صديقة للبيئة والآخر وهو استخدام ألياف الكولاجين من الخنزير لتصنيع قرنية لعلاج اضطرابات الأبصار في البشر.

حذاء بكتيرى:

الفكرة أتت من هندسة بكتيريا Komagataeibacter rhaeticus لتصنيع ألياف السليلوز النانوية nanocellulose و تخليق صبغة الميلانين التي قد تصبغ السليلوز بدرجات ألوان مختلفة تخدم أذواق المستهلك. تزرع هذه البكتيريا لتصنيع الألياف في قالب مخصوص برسمة الحذاء scaffold (شكل 1) وبعد تكوين الألياف يتم التخلص من البكتيريا بالشطف الجيد. وحاليا يعكف الباحثون على هندسة البكتيريا لتصنيع أليافا أكثر تحملا وثباتا لتنافس الأحذية الأخرى التي تُصنع من الجلد و البتروكيمياويات.

فلماذا هذا الاهتمام بتصنيع أحذية من السليلوز؟

• هذه الأحذية صديقة للبيئة: حيث يتحلل السليلوز حيويا biodegradable إلى مكونات طبيعية يستفاد منها البكتيريا أو حتى تأكلها الحيوانات التي تستطيع تحليل ألياف السليلوز كالماشية وذوي الكروش. وأيضا يكون بديلا عن استخدام المواد البتروكيميائية التي تستخدم في صنع الجلود الصناعية والضارة جدا أثناء تصنيعها والتخلص منها.
• ستكون بديلا لمنع التعدي على البيئة: مثل استخدام جلود الحيوانات البرية والزواحف.

كولاجين الخنزير قرنية البشر:

يوجد ما يقارب من 12.7 مليون شخص حول العالم مصابون بالعمى بسبب تلف أو مرض القرنية، وهي الطبقة الخارجية الشفافة للعين مثل مرض القرنية المخروطية Keratoconus. والطريقة الوحيدة المتبعة لاستعادة البصر هي تلقي القرنية المزروعة من متبرع بشري. لكن واحدًا فقط من كل 70 مريضًا يخضع لعملية زرع القرنية. علاوة على ذلك، يعيش معظم الذين يحتاجون إلى عمليات زرع القرنية في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل حيث يكون الوصول إلى العلاجات محدودًا للغاية.

طور باحثون سويديون من جامعة لينكوبنج Linköping ورجال أعمال في شركة LinkoCare Life غرسة implant تشبه القرنية البشرية ولكن مصنوعة من بروتين و ألياف الكولاجين من جلد الخنزير. و أثبتت الدراسة التجريبية التي أُجريت في الهند و إيران، أن هذه الغرسات أعادت الرؤية إلى 20 شخصًا مصابًا بمرض القرنية ، وكان معظمهم أعمى قبل تلقي الزرع. الشيء المبهر في هذه الطريقة أن القرنية المصنعة يتم إحلالها في القرنية المصابة بواسطة فتحة دقيقة عن طريق أشعة الليزر بطريقة أقل توغلا less invasive من الطرق جراحية وابتكرها العلماء في هذه الدراسة.

استخدم الباحثون ألياف الكولاجين النوع الأول type I collagen بعد عمل تشابك مزدوج Double crosslinking بالطرق الكيميائية والكيموضوئية photochemical لهذه الألياف و تحويلها إلى هيدروجيل hydrogel شفاف (شكل 2) و أسموه BPCDX وهذا التعديل أدى لتحسين قوة الغرسة واستقرارها.

أظهرت النتائج على هذه القرنية أنها تحافظ على الشفافية والمقاومة الأنزيمية ومحتوى الماء والخصائص الميكانيكية بعد حفظها في درجة 7 مئوية لمدة 24 شهرًا أو في درجة حرارة الغرفة لمدة ستة أشهر.

مثل هذه النتائج الواعدة تجلب الأمل لأولئك الذين يعانون من عمى القرنية وضعف البصر من خلال الهندسة الحيوية كبديل لزرع القرنيات البشرية المتبرع بها، والتي تكون نادرة في البلدان التي تشتد فيها الحاجة إليها.

شرح مبسط لطريقة عمل BPCDX:

• الجزء الكيميائي: يتم خلط الكولاجين atelocollagen المشتق من جلد الخنزير في محلول PBS بنسبة 5% ثم التجفيف و خلطه ب مادتين تساعد على التشابك المزدوج هما فيتامين الريبوفلافين و (crosslinkers 1-[3-(dimethylamino) propyl]-3-ethylcarbodiimide methiodide (EDCM), N-hydroxysuccinimide (NHS)) و وضع هذا الخليط في قوالب Molds تأخذ شكل و سمك القرنية (متوسط السمك 360 ميكرون).
• الجزء الكيموضوئي: يتم تعريض القرنية المصنعة إلى أشعة فوق البنفسجية ultraviolet A لزيادة صلابة وثبات هذا التشابك.