المواد البلاستيكية النانوية... دقائق صغيرة ومشكلات كبيرة

بمقدورها اختراق الخلايا والأنسجة البشرية بسهولة

عالِم يحلل الدقائق البلاستيكية النانوية بمجهر المسح الإلكتروني
عالِم يحلل الدقائق البلاستيكية النانوية بمجهر المسح الإلكتروني
TT

المواد البلاستيكية النانوية... دقائق صغيرة ومشكلات كبيرة

عالِم يحلل الدقائق البلاستيكية النانوية بمجهر المسح الإلكتروني
عالِم يحلل الدقائق البلاستيكية النانوية بمجهر المسح الإلكتروني

أصبح من الشائع أن نقرأ عن ظهور المواد البلاستيكية الدقيقة -القطع الصغيرة من البلاستيك بحجم صغير جداً- في كل مكان وفي كل شيء، بما في ذلك المحيطات، والأراضي الزراعية، والغذاء، والجسم البشري.

دقائق بلاستيكية نانوية

الآن، بدأ مصطلح جديد في الاستحواذ على الاهتمام: المواد البلاستيكية النانوية، وهي جسيمات أصغر حجماً من الدقائق الأخرى البلاستيكية الدقيقة، إذ إنها متناهية الصغر لدرجة تجعلها غير مرئية للعين المجردة (النانو واحد من المليار من المتر).

وبينما يكون حجم المواد البلاستيكية الدقيقة عادةً أقل عن 5 ملم، يتراوح عرض المواد البلاستيكية النانوية بين 1 و1000 نانومتر. وجدير بالذكر أن متوسط عرض شعرة الإنسان نحو ما بين 80000 و100000 نانومتر.

الملاحَظ أن المواد البلاستيكية النانوية تجتذب، اليوم، اهتماماً متنامياً بفضل التطورات التكنولوجية الحديثة، التي زادت قدرة الباحثين على اكتشافها وتحليلها.

وبفضل حجمها الأصغر، فإنها قادرة على التنقل بسهولة أكبر عبر مسافات طويلة، وإلى داخل بيئات أكثر تنوعاً عن المواد البلاستيكية الدقيقة. كما يمكنها اختراق الخلايا والأنسجة في الكائنات الحية بسهولة أكبر، ما قد يسفر عن تأثيرات سُمية مختلفة وأكثر حدة.

بلاستيك داخل الجسم البشري

وخلصت دراسات أُجريت عبر العامين الماضيين، إلى وجود مواد بلاستيكية نانوية في دم الإنسان، وكذلك في خلايا الكبد والرئة، وفي الأنسجة التناسلية مثل المشيمة والخصيتين. وعبر مختلف أنحاء العالم، عُثر على مواد بلاستيكية نانوية في الهواء ومياه البحر والثلج والتربة.

واليوم، ندرك بالفعل أن المواد البلاستيكية الدقيقة موجودة من مرتفعات جبل إيفرست إلى خنادق المحيط العميقة. وثمة أدلة كثيرة، حالياً، توحي بأن المواد البلاستيكية النانوية أوسع انتشاراً من المواد البلاستيكية الدقيقة الأكبر حجماً في البيئة.

«طرقات البلاستيك»

من أين تأتي وإلى أين تذهب؟ تنشأ المواد البلاستيكية النانوية عندما تتحلل منتجات الاستعمال اليومي، مثل الملابس، وأغلفة المواد الغذائية والمشروبات، والمفروشات المنزلية، والأكياس البلاستيكية، والألعاب، وأدوات النظافة. ويمكن أن يحدث هذا بسبب عوامل بيئية، مثل ضوء الشمس، أو التآكل الناتج عن عمل ميكانيكي. ويمكن لكثير من منتجات العناية الشخصية، مثل مستحضرات تقشير البشرة والشامبو، أن تطلق هي الأخرى مواد بلاستيكية نانوية.

ومثلما الحال مع الجزيئات البلاستيكية الأكبر، يمكن أن تأتي المواد البلاستيكية النانوية من مجموعة متنوعة من أنواع البوليمرات، بما في ذلك البولي إيثيلين والبولي بروبيلين والبوليسترين والبولي فينيل كلوريد. ونظراً لاستخدامنا المنتجات البلاستيكية على نطاق واسع، من الصعب تجنب وجود المواد البلاستيكية النانوية في حياتنا اليومية.

وعندما يصل البلاستيك إلى مقياس النانو، فإنه يطرح تساؤلات وتحديات فريدة، بسبب ضآلة حجمه الشديدة، وخصائص سطحه وتكوينه المتنوعة. ونظراً لصغر حجم البلاستيك النانوي، فإن بمقدوره بسهولة اختراق الخلايا والأنسجة التي يتعذر على الجزيئات الأكبر حجماً اختراقها. وإذا تراكمت المواد البلاستيكية النانوية داخل الكائنات الحية، فمن المحتمل أن تلحق بها أضراراً بيولوجية.

أما فيما يخص مصير المواد البلاستيكية النانوية في البيئة، فلا تزال تخضع لبحث مستمر. ولا يعرف العلماء على وجه اليقين، حتى الآن، ما إذا كانت المواد البلاستيكية النانوية تتحلل بشكل أكبر داخل بيئات مختلفة إلى جزيئات أصغر، أو إلى بوليمرات، وهي عبارة عن جزيئات كبيرة مكونة من الكثير من الجزيئات الصغيرة المرتبط بعضها ببعض.

رصد المواد البلاستيكية النانوية

من الصعب العثور على المواد البلاستيكية النانوية، بسبب حجمها شديد الصغر، وتركيباتها وهياكلها الكيميائية المتنوعة. ويعكف الباحثون على تحسين طرق مختلفة للكشف عن المواد البلاستيكية النانوية، باستخدام تقنيات تتضمن تحليل «رامان» الطيفي Raman spectroscopy، والكروماتوغرافيا، وقياس الطيف الكتلي. ويمكن لهذه الطرق رصد الأشكال، وتحليل خصائص جزيئات البلاستيك النانوي.

وفي دراسة أُجريت عام 2024، طرح باحثون من جامعة كولومبيا تكنولوجيا جديدة تمكنت من رصد وحساب المواد البلاستيكية النانوية في المياه المعبأة، بحساسية ودقة عالية. وعلى عكس الدراسات السابقة التي لم تتمكن إلا من رصد كمية محدودة فقط من جزيئات البلاستيك النانوي، وجدت هذه الدراسة أن كل لتر من المياه المعبأة التي جرى تحليلها يحتوي على أكثر عن 010000 من الدقائق البلاستيكية، معظمها من البلاستيك النانوي.

ومن الضروري إجراء مزيد من الدراسات قبل أن يتمكن العلماء من حسم مسألة ما إذا كانت جميع المياه المعبأة تحتوي على مواد بلاستيكية نانوية. إلا أن هذه تكنولوجيا الرصد الجديدة تفتح الباب أمام مزيد من البحث.

دقائق بلاستيكية سامة

هل دقائق البلاستيك النانوية سامة؟ تشكل سُمية المواد البلاستيكية النانوية مجالاً آخر لا يزال البحث جارياً فيه.

يشير بعض الدراسات إلى أن هذه الجسيمات يمكن أن تحمل مخاطر كبيرة على النظم البيئية وصحة الإنسان. وخلصت إحدى الدراسات الحديثة إلى أنها قد تكون عامل خطر للإصابة بأمراض القلب. يتمثل مصدر قلق آخر في أن الملوثات الكيميائية والمعادن الثقيلة ومسببات الأمراض، قد تلتصق بالبلاستيكات النانوية، وتتركز في البيئة. ويمكن لهذه العملية أن تعرّض الكائنات الحية لتركيزات عالية من هذه المواد الضارة.

الواضح أن المواد البلاستيكية النانوية أصبحت جزءاً من البيئات الحديثة، لكنَّ العلماء بحاجة إلى مزيد من البحث والمعلومات، لفهم أنواع التهديدات التي يمكن أن تشكلها. وكما يقول علماء السموم في كثير من الأحيان: «الجرعة تصنع السم». وبعبارة أخرى، فإن التعرض الفعلي له أهمية كبيرة، ومن الصعب تقييم مستوى السمية دون معرفة التركيزات الفعلية.

المعروف أن الحطام البلاستيكي الأكبر حجماً يمكن أن يتفتت إلى مواد بلاستيكية نانوية، لكن لا يزال أمامنا الكثير لاكتشاف كيفية تعرض هذه الأجزاء لمزيد من التحلل. ويعمل الباحثون على اكتشاف وفهم المواد البلاستيكية النانوية عبر عديد من البيئات، حتى يتمكنوا من تطوير استراتيجيات فعالة لإدارة وتخفيف آثار هذه المواد على الناس والكوكب بوجه عام.

* أستاذ مساعد الهندسة المدنية والبيئية بجامعة «ويسكونسن - ماديسون»، مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تريبيون ميديا».



الكشف عن العوامل الوراثية المرتبطة بـ«الانزلاق الغضروفي»

 41 منطقة جديدة من الجينوم تعمل على تعديل خطر الإصابة بالانزلاق الغضروفي (غيتي)
41 منطقة جديدة من الجينوم تعمل على تعديل خطر الإصابة بالانزلاق الغضروفي (غيتي)
TT

الكشف عن العوامل الوراثية المرتبطة بـ«الانزلاق الغضروفي»

 41 منطقة جديدة من الجينوم تعمل على تعديل خطر الإصابة بالانزلاق الغضروفي (غيتي)
41 منطقة جديدة من الجينوم تعمل على تعديل خطر الإصابة بالانزلاق الغضروفي (غيتي)

سلطت دراسة حديثة الضوء على التقدم الكبير في فهم الأسس الجينية للانزلاق الغضروفي القطني، ووجدت 41 منطقة جديدة من الجينوم تعمل على تعديل خطر الإصابة بالانزلاق الغضروفي، بالإضافة إلى 23 منطقة كانت حُددت سابقاً.

كما توفر الدراسة رؤى جديدة بشأن كيفية تأثير هذه المناطق على بنية القرص الموجود بين الفقرات (القرص الفقري)، والالتهاب، ووظيفة الأعصاب. وتتعلق النتائج الرئيسية بالجينات المرتبطة بالأعصاب، والتي تعزز فهمنا كيفية تسبب الانزلاق الغضروفي في ألم طويل الأمد وتجارب ألم متفاوتة.

الجينات و«الانزلاق الغضروفي»

يعدّ الانزلاق الغضروفي القطني أحد أكثر التغيرات البنيوية شيوعاً في أسفل الظهر، والسبب الأكثر شيوعاً لألم العصب الوركي في الساق، وقد حُقق في عوامل الخطر الوراثية للانزلاق الغضروفي في دراسة دولية قادتها مجموعة بحثية من فلندا.

وحللت الدراسة، التي نُشرت في مجلة «Nature Communications» يوم 7 نوفمبر (تشرين الثاني) 2024، برئاسة يوهانس كيتونين، من وحدة أبحاث الصحة السكانية بكلية الطب والمركز الحيوي في جامعة أولو، البيانات الجينية والصحية لنحو 830 ألف مشارك من بنوك حيوية قوية، مثل «البنك الحيوي الفلندي والإستوني» و«البنك الحيوي البريطاني»، وقيّمت دور مجموعات البيانات الكبيرة في الكشف عن العلاقات الجينية المعقدة. وكان لاكتشاف 5 مناطق جينومية جديدة مرتبطة بحالات أكثر شدة تتطلب الجراحة أهمية كبيرة للتأكيد على إمكانية تصميم التدخلات الطبية.

وحددت الدراسة، بالإضافة إلى ذلك، ارتباطات جديدة بالقرب من الجينات المرتبطة بالجهاز العصبي ووظيفة الأعصاب. وقد أدت النتائج المتعلقة بوظائف الجهاز العصبي إلى زيادة فهمنا العلاقة بين الانزلاق الغضروفي العرضي والألم المنتشر.

جينات الاستعداد الوراثي

وقال فيلي سالو، الباحث في جامعة أولو والمحلل الرئيسي في الدراسة، إنهم وجدوا جينات الاستعداد الوراثي التي يمكنها تفسير إطالة الألم جزئياً وكذلك الاختلافات التي لوحظت سريرياً في الألم الذي يعانيه المرضى.

وهذا ما يساعد في تطوير أساليب إدارة الألم لمرضى الانزلاق الغضروفي الذين يعانون آلاماً شديدة، وبالتالي تحسين نوعية حياتهم، كما يقول المختص في الطب الطبيعي الذي شارك في البحث، جوهاني ماتا، من وحدة أبحاث العلوم الصحية والتكنولوجيا بكلية الطب في جامعة أولو بفنلندا.

و«الانزلاق الغضروفي القطني» هو إصابة للغضروف بين فقرتين من العمود الفقري، وعادة ما يحدث بسبب الإجهاد المفرط أو صدمة للعمود الفقري، ويعدّ من أكثر التغيرات البنيوية شيوعاً في أسفل الظهر، كما أنه السبب الأكثر شيوعاً لـ«الألم المنتشر» الذي يسمى «عرق النسا»؛ إذ يحدث «الألم المنتشر» بسبب تهيج الأعصاب الذي يحدث بسبب ضيق العصب الناجم عن الانزلاق، وخصوصاً بسبب زيادة العوامل الالتهابية في منطقة الانزلاق الغضروفي.

والانزلاق الغضروفي شائع جداً حتى لدى الأشخاص الذين لا تظهر عليهم أعراض. ويزداد تكراره مع تقدم العمر، ويسبب أعراضاً لبعض الأشخاص فقط عندما يهيج العصب؛ فالعوامل المرتبطة بتطور الانزلاق الغضروفي معروفة نسبياً، لكن التحقيق في خلفيتها الوراثية لم يحظ باهتمام كبير.

التنبؤ بالإعاقة والألم بعد الجراحة

ووفقاً لدراسة نُشرت في 7 فبراير (شباط) 2024 بمجلة «JAMA»، وقادها بيورنار بيرج، من «مركز صحة الجهاز العضلي الهيكلي الذكي» بكلية العلوم الصحية في جامعة أوسلو النرويجية، فقد طور بيرج وزملاؤه نماذج التنبؤ بالإعاقة والألم بعد 12 شهراً من جراحة الانزلاق الغضروفي القطني، وأكدوا صحة هذه النماذج.

كما أكدت الدراسة على إمكانات التعلم الآلي في تعزيز عملية اتخاذ القرار السريري وإرشاد المرضى فيما يتعلق بنتائج جراحة الانزلاق الغضروفي القطني، فقد استخدم البحث مجموعة بيانات شاملة من السجل النرويجي لجراحة العمود الفقري، وحلل أكثر من 22 ألفاً و700 حالة لتطوير نماذج التنبؤ بالإعاقة والألم بعد الجراحة.

واكتشف الباحثون أن معدلات عدم نجاح العلاج كانت على النحو التالي: 33 في المائة للحالات التي قيست باستخدام «مؤشر أوزويستري للإعاقة (ODI)»، و27 في المائة للحالات التي قيست باستخدام «مقياس التصنيف العددي (NRS)» لألم الظهر، و31 في المائة للحالات التي قيست باستخدام المقياس نفسه؛ أي «مقياس التصنيف العددي لألم الساق».

وهذا يشير إلى أن نسبة كبيرة من المرضى لم يحققوا نتائج ناجحة في تقليل الإعاقة أو تخفيف الألم بعد جراحة الانزلاق الغضروفي القطني.

دعم التشخيصات

و«مؤشر أوزويستري للإعاقة Oswestry Disability Index (ODI)» مشتق من استبيان لآلام أسفل الظهر يستخدمه الأطباء والباحثون لقياس الإعاقة الناجمة عن آلام أسفل الظهر ونوعية الحياة. و«أوزويستري» مدينة تاريخية في شروبشاير بإنجلترا.

أما «مقياس التقييم الرقمي (NRS) Numeric Rating Scale» فيقيس مستوى الألم من 0 إلى 10 (حيث يشير 0 إلى عدم وجود ألم، و10 إلى ألم شديد).

ويشير استخدام البيانات قبل الجراحة بوصفها متنبئات إلى أنه يمكن دمج هذه النماذج في سير العمل السريري عبر أنظمة السجلات الطبية الإلكترونية، مما يدعم «التشخيصات الشخصية» ويساعد في اتخاذ القرارات المشتركة للجراحة.

ويؤكد المؤلفون على الحاجة إلى مزيد من التحقق الخارجي بسجلات جراحة العمود الفقري الأخرى؛ لتوسيع نطاق التطبيق. كما يمثل هذا التطور خطوة مهمة نحو الطب الدقيق في جراحة العمود الفقري، مما قد يحسن نتائج المرضى ويحسن التخطيط الجراحي.