غالبًا ما يُنظر إلى بول الإنسان على أنه نفايات تُشكل مخاطر بيئية جسيمة بسبب إثقال شبكات المياه بالميكروبات، والآن، وجد فريق من العلماء طريقة لتحويل البول إلى مورد طبي قيّم، يستخدم في زراعة الأسنان والعظام.
قام باحثون من جامعة كاليفورنيا، إيرفين، بالتعاون مع أفراد من مؤسسات أمريكية ويابانية، بتصميم نظام بيولوجيا يعتمد على سلالة هندسية من الخميرة تُعرف باسم "الخميرة العظمية"، تعمل على محاكاة وظيفة خلايا بناء العظام في الجسم، والذي يُحوّل البول إلى مادة هيدروكسي أباتيت وهو معدن من معادن الفوسفات.
تحويل البول
في الثدييات، تستخلص خلايا تكوين العظام فوسفات الكالسيوم من سوائل الجسم لإنتاج هيدروكسي أباتيت. ولكن هذه الخلايا الطبيعية لا تستطيع دعم الإنتاج على نطاق واسع.
وللتغلب على ذلك، ابتكر الفريق "الخميرة العظمية"، التي تُحاكي سلوك الخلايا البانية للعظام. وتُحلل هذه الخلايا اليوريا- مركب كيميائي- لزيادة درجة الحموضة، مما يُحفز التجاويف الداخلية على تجميع الكالسيوم والفوسفات.
تتبلور المادة بعد ذلك إلى هيدروكسي أباتيت، وتُفرز خارج الخلية. وتُنتج هذه العملية ما يصل إلى جرام واحد من هيدروكسي أباتيت لكل لتر من البول.
حل المشكلات
صرح ديفيد كيسايلوس، أستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة كاليفورنيا، إيرفين، والمؤلف المشارك في الدراسة المنشورة في مجلة "نيتشر كوميونيكيشنز" العلمية "أنه تحقق هذه العملية هدفين في آنٍ واحد. فمن جهة، تساعد على إزالة البول البشري من مجاري مياه الصرف الصحي، مما يُخفف من التلوث البيئي، ومن جهة أخرى، تُنتج مادة يُمكن تسويقها تجاريًا للاستخدام في بيئات مُتنوعة".
ويعرف "هيدروكسي أباتيت" بأنه مركب غير عضوي من فوسفات الكالسيوم، ويعد المكوّن الأساسي للنسيج العظمي والأسنان في جسم الإنسان والحيوانات.
ويستخدم معدن فوسفات الكالسيوم على نطاق واسع في زراعة العظام والأسنان، وكذلك الترميم الأثري وإنتاج المواد الحيوية والصناعات المعمارية الخفيفة.
مميزات متعددة
يمكن أن تُلحق الحمولة العالية في البول الضرر بمستجمعات المياه إذا تُركت دون معالجة. وتُحيّد عملية الفريق هذا الخطر، بينما تُنتج مادة من المتوقع أن تصل قيمتها السوقية إلى 3.5 مليار دولار بحلول عام 2030.
وقال كيسايلوس: "تستغرق عملية إنتاج هيدروكسيي أباتيت، أو معدن العظام، أقل من يوم واحد، والواقع أنها تستخدم الخميرة كهيكل، وهو أمر غير مكلف ويمكن وضعه في حاويات كبيرة في درجات حرارة منخفضة نسبيًا - فكر في البيرة التي تُصنع عبر عمليات التخمر وتُنتج بكميات كبيرة - يظهر أن ذلك يمكن تنفيذه بسهولة دون الحاجة إلى بنية تحتية كبيرة، ولها الفائدة الإضافية في جعلها متاحة للاقتصادات النامية".
ويعني استخدام الخميرة أيضًا أنه يمكن نشر هذا النظام في المناطق التي لا يكون فيها التصنيع عالي التقنية ممكنًا، مما يجعل المواد الطبية المتقدمة أكثر سهولة في الوصول إليها.
من النفايات إلى العلاج
يُعرف الهيدروكسيي أباتيت بخفة وزنه وقوته ومتانته، مما يجعله مثاليًا للزراعة والترميم. لكن الفريق يتطلع إلى استخدامه على نطاق أوسع.
وذكر كيسايلوس: "أواصل العمل مع البروفيسور ياسو يوشيكوني من مختبر لورانس بيركلي، وهو مؤلف مشارك في هذه الدراسة، لصنع مواد أخرى باستخدام هذه العملية، بما في ذلك مواد للتطبيقات القائمة على الطاقة".
حصل المشروع على تمويل من وزارة الطاقة الأمريكية، ووكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة، ومكتب البحوث العلمية التابع للقوات الجوية الأمريكية.
صرح ديفيد كيسايلوس، أستاذ علوم وهندسة المواد في جامعة كاليفورنيا في إيرفين، والمؤلف المشارك في الدراسة المنشورة في مجلة "نيتشر كوميونيكيشنز" العلمية "أنه تحقق هذه العملية هدفين في آنٍ واحد. فمن جهة، تساعد على إزالة البول البشري من مجاري مياه الصرف الصحي، مما يُخفف من التلوث البيئي، ومن جهة أخرى، تُنتج مادة يُمكن تسويقها تجاريًا للاستخدام في بيئات مُتنوعة".
مميزات متعددة
يمكن أن تُلحق الحمولة العالية في البول الضرر بمستجمعات المياه إذا تُركت دون معالجة. وتُحيّد عملية الفريق هذا الخطر، بينما تُنتج مادة من المتوقع أن تصل قيمتها السوقية إلى 3.5 مليار دولار بحلول عام 2030.
وقال كيسايلوس: "تستغرق عملية إنتاج هيدروكسيي أباتيت، أو معدن العظام، أقل من يوم واحد، والواقع أنها تستخدم الخميرة كهيكل، وهو أمر غير مكلف ويمكن وضعه في حاويات كبيرة في درجات حرارة منخفضة نسبيًا - فكر في البيرة التي تُصنع عبر عمليات التخمر وتُنتج بكميات كبيرة - يظهر أن ذلك يمكن تنفيذه بسهولة دون الحاجة إلى بنية تحتية كبيرة، ولها الفائدة الإضافية في جعلها متاحة للاقتصادات النامية".
ويعني استخدام الخميرة أيضًا أنه يمكن نشر هذا النظام في المناطق التي لا يكون فيها التصنيع عالي التقنية ممكنًا، مما يجعل المواد الطبية المتقدمة أكثر سهولة في الوصول إليها.
من النفايات إلى العلاج
يُعرف الهيدروكسيي أباتيت بخفة وزنه وقوته ومتانته، مما يجعله مثاليًا للزراعة والترميم. لكن الفريق يتطلع إلى استخدامه على نطاق أوسع.
حصل المشروع على تمويل من وزارة الطاقة الأمريكية، ووكالة مشاريع الأبحاث الدفاعية المتقدمة، ومكتب البحوث العلمية التابع للقوات الجوية الأمريكية.