ابتكر علماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا غراءًا يحاكي المادة اللاصقة الطبيعية المصنوعة من البرنقيل للمساعدة في التئام الجروح بسرعة أكبر.
في كتاب جديد رائع، يكشف مذيع البي بي سي والمحافظ على البيئة باتريك آري كيف ألهمت الحيوانات تطورات مذهلة في مجال الرعاية الصحية. كيف يمكننا أن نجعل الحقن أقل إيلامًا لنا جميعًا – حتى بالنسبة لأصحاب الرهاب الشديد من الإبر؟ هل هناك أي شيء قد يخلص المستشفيات من الجراثيم القاتلة؟
هل سنكون قادرين على شراء ما يسمى بـ “الجص المضاد للماء” الذي لا يسقط عندما يصبح رطبًا؟
محاكاة الطبيعة
قد تبدو هذه بمثابة ألغاز طبية مستحيلة تؤثر علينا كل يوم، لكن الطبيعة الأم تساعدنا في حلها.
كل ما يتعين علينا القيام به هو تصميم المنتجات الطبية باستخدام الحياة البرية كمخططنا، وهي عملية تعرف باسم محاكاة الطبيعة.
كما اكتشفت، بعد أكثر من عقد أمضيته في إنتاج أفلام وثائقية عن التاريخ الطبيعي، مثل Frozen Planet، لهيئة الإذاعة البريطانية BBC، فإن أحدث التطورات العلمية التي أحدثت ثورة في مجال الرعاية الصحية تستخدم كل شيء من الأخطبوطات إلى العناكب ونقار الخشب كمصدر إلهام.
جلد القرش يمكن أن يقضي على الجراثيم
عند الغوص في جنوب إفريقيا، اقتربت من سمكة قرش بيضاء كبيرة. لحسن الحظ، كنت محميًا بقفص غوص، لكن سمكة القرش اقتربت بما يكفي لأرى مدى نقاء بشرتها: لا طحالب، لا برقق، لا شيء.
عادة ما تكون الحيوانات البحرية الكبيرة (السفن والغواصات) مضيفة لجميع أنواع المتجولين الطبيعيين، مثل البكتيريا والبقوليات، التي تتشبث بحثًا عن الطعام.
ولكن عندما تم استدعاء البروفيسور أنتوني برينان، المتخصص في علوم وهندسة المواد بجامعة فلوريدا، من قبل البحرية الأمريكية في عام 2002 للمساعدة في تخليص غواصاتها وسفنها من الطحالب السميكة، كجزء من بحثه، قام بفحص الحيوانات البحرية. مقاومة لتراكم الكائنات الحية الدقيقة.
كان هناك سمكة قرش واحدة فقط
لماذا؟ حسنًا، إذا تخيلت تمسيدًا أبيض رائعًا من الرأس إلى الذيل، فستشعر ببشرة ناعمة. مع ذلك، قم بالضرب في الاتجاه الآخر، وستشعر بشيء يشبه ورق الصنفرة الخشن. هذا لأن جلد القرش يتكون من ملايين المقاييس على شكل حرف V تسمى الأسنان الجلدية.
باستخدام مجهر قوي، يمكن للبروفيسور برينان أن يرى أن الأسنان الجلدية لها نمط ماسي محدد بوضوح، وكيف بدا أن كل منها مبطنة بملايين الحواف الصغيرة. يمنع هذا التصميم البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى من الاستقرار على سمكة القرش، وذلك ببساطة لأنها تجد صعوبة في إلحاق نفسها بها.
قام البروفيسور برينان بقياس نسب العرض إلى الارتفاع للحواف، ومن هذا صمم سطحًا اصطناعيًا يسمى Sharklet. تم استخدام هذا لبصمة كل شيء من حصائر اليوجا إلى القسطرة البولية ذات المقاومة البكتيرية.
ويتم الآن طرح تطبيق رائد لهذا النوع من الأسطح المقاومة للحشرات في المستشفيات، حيث يمثل الحفاظ على الأسطح خالية من البكتيريا مشكلة حقيقية. توفي ما يصل إلى 2985 شخصًا في إنجلترا بسبب عدوى مقاومة للمضادات الحيوية في عام 2018 ؛ وأصيب 60788 مريضا – بزيادة تقارب 10 في المائة عن العام السابق.
من خلال ترقية الأسطح بمواد مقاومة للبكتيريا، سيكون لدينا القدرة على تقليل انتشار ومعدلات الإصابة بالجراثيم القاتلة مثل MRSA.
علاوة على ذلك، وخارج المستشفيات، يمكن استخدام نفس النوع من الأسطح الاصطناعية المقاومة للحشرات على أي أسطح عالية التلامس في الأماكن العامة، بما في ذلك مقابض الأبواب ومفاتيح الإضاءة وأسطح المكاتب، لوقف انتشار العدوى الخطيرة مثل كوفيد- 19 بنفس الطريقة.
ضربات خالية من الألم؟ إنها خدعة البعوض
الشيء الذي يميز البعوضة هو أنه على الرغم من أنك قد تسمعها قادمة، إلا أنك نادرًا ما تشعر بلسعها.
هذا بسبب الطريقة التي يخترق بها جزء الفم الذي يشبه الإبرة الجلد، ولأن مصاص الدماء يحقنك أولاً باللعاب، الذي يتمتع بقدرة مخدرة للجلد.
لقد شهدت التجارب أن البعوض يتغذى لمدة ثلاث إلى أربع دقائق دون أن يشعر مضيفه (هذا أنت بالمناسبة) بشيء.
إذا تمكنا من تطوير إبر لها صفات مماثلة ، فسوف تساعد الأشخاص الذين لديهم خوف أو كره من الإبر – مثلي – على التبرع بالدم ، على سبيل المثال، وتقليل آلام موقع الحقن أثناء التطعيم.
يعمل البروفيسور سيجي أوياجي، وهو مهندس ميكانيكي في جامعة كانساي في أوساكا باليابان، على تطوير إبرة تحاكي جزء فم البعوضة.
المحاقن الطبية التقليدية لها نهاية حادة لاختراق الجلد، وسطح أملس بطولها يسمح لها بالمرور عبر اللحم دون انقطاع.
الكثير من الألم الذي تشعر به ليس بسبب الطرف المدبب، بل يتعلق أكثر بالمعدن على طول الإبرة التي تلامس جلدك مباشرة، مما يحفز أعصاب الألم.
يكمن مفتاح قوة البعوضة في أحد أجزاء فمها، والفك العلوي، الذي يحتوي على شفرات خشنة تخترق الجلد. نظرًا لأنه مسنن، هناك القليل جدًا من ملامسة الجلد، ويتم تنشيط القليل من أعصاب الألم ، ونتيجة لذلك ، لا تشعر بألم شديد.
يبلغ طول الإبرة المستوحاة من البعوض 1 مم وعرضها 0.1 مم – تقريبًا سماكة شعرة الإنسان. لها ساقان ذات حواف خشنة تخترق الجلد (تعمل بمحركات صغيرة)، وبعد ذلك يتم إدخال أنبوب صغير بينهما، والذي يمكنه توصيل الأدوية أو سحب الدم. يعني التصميم أن الإبرة تلامس الجلد عند الطرف الحاد فقط.
مثل عالم حقيقي، اختبر البروفيسور أوياجي الإبرة على نفسه وعلى عدد قليل من المتطوعين. أفاد الجميع أن الألم كان أقل بكثير من المتوقع، على الرغم من أن فترة الحقن استمرت لفترة أطول مما كان يمكن أن تفعله باستخدام حقنة قياسية.
الهدف النهائي ليس فقط استبدال الإبر التي نستخدمها للتطعيم، على سبيل المثال، ولكن لتمهيد الطريق لأجهزة الحقن أو جمع الدم التي يتم لصقها بشكل دائم بالجسم.
قد ينتهي بهم الأمر بحقنك عدة مرات يوميًا بهذا الدواء المنقذ للحياة الذي تحتاجه، أو جمع عينات لمراقبة مستويات السكر في الدم إذا كنت مصابًا بداء السكري ، أو مراقبة الكوليسترول إذا كنت معرضًا لخطر الإصابة بأمراض القلب.
قوة زرع برغوث الثلج الصغيرة
براغيث الثلج صغيرة جدًا لدرجة أنها تبدو مثل بقع الفلفل الأسود على الثلج حيث توجد غالبًا. ومع ذلك، تحتوي هذه المخلوقات الصغيرة على سر يمكن أن يطيل “العمر الافتراضي” للأعضاء المستخدمة في عمليات الزرع. يمكن أن تتحمل براغيث الثلج درجات حرارة دون الصفر دون أن تتجمد.
وعادة، يتسبب البرد في تكوين بلورات ثلجية داخل خلايا النباتات والحيوانات. عندما تنمو هذه البلورات ، فإنها تسحب الماء من الخلايا المحيطة، مما يؤدي إلى تدمير بنيتها، مما يؤدي في النهاية إلى قتل الخلية.
فكر في تحول الفراولة إلى الهريسة بعد تجميدها. إنه نفس المبدأ.
تحتوي براغيث الثلج على جزيئات فريدة تسمى البروتينات المضادة للتجمد (AFP) التي توقف تلف الخلايا عندما تصبح الأشياء شديدة البرودة عن طريق خفض درجة تجمد الماء في الخلايا.
بعد دراسة براغيث الثلج، تمكن العلماء الآن من تطوير مركبات ألفا بولي بروبية صناعية. يمكن أن تكون هذه حاسمة في الحفاظ على الأعضاء المخصصة لجراحة الزرع.
أحد التحديات في زراعة الأعضاء هو أنك تريد الحفاظ على الأعضاء شديدة البرودة ، ولكن ليس باردًا لدرجة أنها تنتهي بالتجميد والتلف.
تسمح الـ AFP (إذا تم حقنها في الأعضاء، على سبيل المثال) بتخزينها في درجات حرارة منخفضة دون أن تتجمد.
مع انتظار آلاف الأشخاص لعملية الزرع – يُقدر أن حوالي 7000 شخص على قائمة انتظار الزرع في المملكة المتحدة ، بينما توفي أكثر من 470 شخصًا العام الماضي في انتظار التبرع بالأعضاء – القدرة على نقل الأعضاء إلى أماكن أبعد، أو القدرة على تخزينها من أجل لفترات أطول، سيكون مفيدًا للغاية.
غراء بلح البحر لإنقاذ الأطفال الذين لم يولدوا بعد
أي نوع من الجراحة ينطوي على مخاطر، ولكن القرار بشأن إجراء عملية جراحية على الجنين من عدمه هو بلا شك أحد أكثر القرارات تحديًا في الطب.
لا يعد الإجراء الجراحي نفسه أحد أكبر المخاطر ، ولكن الدخول والخروج من الكيس الأمنيوسي الهش للغاية – الكيس المملوء بالسوائل والذي يحيط بالجنين ويحميها.
إن إغلاق هذا الكيس بعد الجراحة ليس بالمهمة السهلة. إنها مثل محاولة خياطة بالون مائي.
يشكل إغلاق الغشاء بغراء جراحي تقليدي تحدياته الخاصة. يكون غشاء الكيس الأمنيوسي رطبًا ، كما أن توصيل الصمغ الجراحي من خلال ثقب صغير في نهاية العملية أمر صعب بحد ذاته.
لجعل الأمور أكثر تعقيدًا ، يكون نمو الجنين حساسًا من الناحية البيولوجية ، لذلك لا تريد بالتأكيد استخدام أي مواد كيميائية قاسية يمكن أن تؤثر على نمو الطفل أو صحته.
ومع ذلك، فإن الدراسات التي أجريت على بلح البحر المتواضع قد توفر للجراحين إجابة محتملة.
ويلصق بلح البحر نفسه بشكل روتيني بالصخور في أعماق المحيط. إذا كنت قد حاولت في أي وقت أن تفوز بجائزة واحدة على صخرة، فستعرف مدى قوة الغراء. قام العلماء في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، بعزل البروتينات داخل غراء بلح البحر لتطوير نسخة اصطناعية.
لاختباره، استخدموا قطعًا من الغشاء الرطب الرطب الذي يحيط بقلب بقرة كنموذج للكيس الأمنيوسي. عندما وضعوا الغراء واتصلوا بالرطوبة على الأنسجة، أصبح الخليط على الفور مطاطيًا، ولم يستغرق سوى ساعة واحدة لضبط القطع معًا.
إن الاستخدام السريري الروتيني للصمغ بعيد المنال إلى حد ما، حيث لا يزال الباحثون يعملون على تحسين الحل الذي توصلوا إليه. ولكن إذا نجحت ، فيمكن استخدامها في العمليات الجراحية الدقيقة الأخرى، على سبيل المثال في المثانة أو النخاع الشوكي أو الأمعاء.
ترقيع الأنسجة وبراعة الأخطبوط
قد لا ينظرون إليها، لكن الماصات التي تبطن مخالب الأخطبوط هي قطع آلية حساسة للغاية وعبقرية. لدرجة أن العلماء نظروا إليهم للمساعدة في واحدة من أكثر مجالات الجراحة حساسية: زراعة الأنسجة الرخوة.
هذه هي العملية التي يتم فيها نقل الأعضاء والأنسجة من جزء من الجسم إلى آخر – إما داخل نفس الشخص أو بين المتبرع والمتلقي – لاستعادة وظائف الجسم الأساسية أو حتى لإنقاذ الأرواح.
على سبيل المثال، لنفترض أن لدينا مريضًا مصابًا بعمى القرنية. من خلال إزالة القرنية التالفة بالكامل أو جزء منها (هذا الجزء الأمامي الواقي والشفاف من أعيننا) وتطعيم جزء جديد من متبرع، يمكننا استعادة بصرهم بالكامل.
واحدة من أكبر المشاكل هي أنه قد يستغرق ما بين 30 و 60 دقيقة لنقل ورقة واحدة من الأنسجة ، كما أنها تنطوي على خطر التمزق أو التجعد أثناء حملها جسديًا ، مما يعرض نجاح العملية للخطر.
في جامعة إلينوي أوربانا شامبين بالولايات المتحدة، راقب الباحثون الطريقة التي يمكن بها للأخطبوط التقاط الأشياء الرطبة والجافة من جميع الأشكال ، باستخدام تغييرات ضغط صغيرة في مصاصاته.
لقد عملوا على صنع ما يسمونه مناورًا، والذي يشبه إلى حد ما مكبسًا صغيرًا ولكنه أكثر تقنية بكثير.
نهاية “الشفط” مسطحة ولها طبقة مستجيبة لدرجة الحرارة من الهيدروجيل الناعم (مثل الهلام السميك قليلاً). وهي متصلة بسخان كهربائي في المقبض. عندما يتم تشغيل السخان، يسخن الهيدروجيل، مما يجعله يتقلص. ثم يتم ضغط الهيدروجيل على قطعة من الأنسجة التي يريد الأطباء التقاطها ويتم إيقاف تشغيل السخان. نتيجة لذلك، يتمدد الهيدروجيل مرة أخرى، وفي حركة تشبه حركة الأخطبوط، فإنه يخلق قوة شفط. ثم يتم رفع النسيج ووضعه برفق على الهدف.
يتم تشغيل السخان مرة أخرى، مما يجعل الهيدروجيل يتقلص ويحرر اللوح. تستغرق العملية بأكملها حوالي عشر ثوانٍ، وهي أسرع 180 مرة من المعتاد – كل ذلك بفضل مصاصة الأخطبوط. لا يزال العمل قيد التقدم، لكنه مجال بحث رائع.
قدرة المضادات الحيوية لحرير العنكبوت
تم استخدام حرير العنكبوت كضمادة للجروح لعدة قرون. بعد وضع مزيج من العسل والخل كمطهر لتنظيف جروح الجنود، استخدم الإغريق والرومان القدماء حشوات من حرير العنكبوت لوقف النزيف.
ويقول العلماء إن حرير العنكبوت له العديد من المزايا كضمادة. إنه غير سام وقابل للتحلل الحيوي، وبشكل غير عادي بالنسبة لبروتين من كائن حي مختلف ، من غير المعروف أنه يسبب تفاعلات التهابية أو حساسية على بشرتنا.
الآن، تم إلهام الباحثين في جامعة نوتنغهام بشكل أكبر لصنع حرير عنكبوت صناعي له خصائص المضادات الحيوية. قد يكون هذا مفيدًا في كل من توصيل الأدوية وإغلاق الجروح المفتوحة مع تقليل خطر الإصابة بالعدوى.
بدأوا بحرير العنكبوت الذي قاموا باستنساخه باستخدام البكتيريا. تم ربط عدة أنواع مختلفة من الجزيئات بالحرير، بما في ذلك المضاد الحيوي ليفوفلوكساسين، وهو دواء شائع الاستخدام لعلاج الالتهابات البكتيرية، وأيضًا جزيء الفلوريسنت، مما يتيح مراقبة تدهور ضمادة الحرير عند وضعها على الجروح.
يقترح الفريق أن أحد الاستخدامات المحتملة يمكن أن يكون في علاج الجروح البطيئة الشفاء مثل قرح القدم السكرية. يعني إطلاق المضادات الحيوية الخاضع للرقابة أنه يمكن منع العدوى.
