توسعه یک بانداژ استخوانی موثر برای شکستگی استخوان‌

محققان با ایجاد یک بانداژ استخوانی به صورت داربست مستقل و بیومیمتیک استخوان‌های آسیب دیده جمجمه موش‌ها را با موفقیت بازسازی کردند.

به گزارش تکناک، این بانداژ استخوانی کاربردهای گسترده‌ای برای بازسازی استخوان و به طور کلی حوزه پزشکی احیا کننده دارد.

مواد پیزوالکتریک در پاسخ به تنش مکانیکی اعمال شده، بار الکتریکی تولید می‌کنند. استخوان یک ماده پیزوالکتریک است و از آنجایی که دارای یک ریزمحیط الکتریکی است، سیگنال‌های الکتریکی نقش مهمی در روند ترمیم استخوان ایفا می‌کنند که می‌تواند به طور موثر بازسازی استخوان را تقویت کند. با این حال، بازسازی استخوان یک فرآیند پیچیده است که بر اجزای مکانیکی، الکتریکی و بیولوژیکی متکی است.

استراتژی‌های فعلی برای بازسازی استخوان مانند استفاده از گرافت‌ها یا داربست‌هایی که فاکتورهای رشد را آزاد می‌کنند، دارای محدودیت‌هایی مانند عوارض در محل اهداکننده، دسترسی محدود و هزینه بالا هستند. اکنون محققان موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره (KAIST) رویکردی پیشگام برای بازسازی استخوان ایجاد کرده‌اند که پیزوالکتریک و ماده معدنی را که به طور طبیعی در استخوان وجود دارند، ترکیب می‌کند.

هیدروکسی آپاتیت  (HAp) که یک ماده معدنی در استخوان‌ها و دندان‌ها است، در استحکام ساختاری و بازسازی استخوان نقش دارد و معمولاً برای بازسازی مینای دندان و تقویت دندان‌ها به خمیر دندان اضافه می‌شود.

مطالعات نشان داده‌اند که HAp استخوان سازی (تشکیل استخوان) را تقویت می‌کند و داربستی را برای رشد استخوان جدید فراهم می‌کند. همچنین این ماده دارای خواص پیزوالکتریک و سطحی ناهموار است که آن را به یک گزینه ایده‌آل برای ایجاد داربست‌هایی برای رشد استخوان تبدیل می‌کند.

بنابراین، محققان یک داربست بیومیمتیک مستقل ساختند که HAp را در چارچوب پیزوالکتریک پلی وینیلیدین فلوراید-کو-تری فلوئورو اتیلن (P(VDF-TrFE)) که یک فیلم پلیمری است، ادغام کرد. داربست مستقل که سیگنال‌های الکتریکی را هنگام اعمال فشار تولید می‌کند، این رویکرد را از تحقیقات قبلی ترکیبی از HAp و  P(VDF-TrFE) که محدود به پوشش‌های روی پروتزهای فلزی بود، جدا می‌کند. رویکرد جدید محققان، یک پلتفرم همه‌کاره برای بازسازی استخوان فراتر از کاربردهای محدود به سطح فراهم می‌کند.

مقایسه داربست با و بدون HAp در شرایط آزمایشگاهی نشان داد که اتصال سلولی روی داربست HAp  10 تا 15 درصد بیشتر بود. پس از پنج روز کشت سلولی، تکثیر سلولی 20 تا 30 درصد بیشتر بود و تقریباً 30 تا 40 درصد سطوح استخوان‌زایی روی داربست‌های HAp بالاتر بود. یافته‌ها نشان می‌دهند که HAp خواص پیزوالکتریک داربست را به حداکثر می‌رساند و محیطی شبیه به ماتریکس خارج سلولی بدن ایجاد می‌کند که جزء غیر سلولی تمام بافت‌ها است که ساختار فیزیکی ضروری و نشانه‌های مهم مورد نیاز برای بازسازی بافت را فراهم می‌کند.

سپس محققان داربست‌های HAp/P (VDF-TrFE) خود را روی موش‌ها آزمایش کردند و آن‌ها را روی نقص استخوان‌های جمجمه حیوانات (کالواریا) قرار دادند. داربست ها به مدت شش هفته بدون تغییر شکل نگهداری شدند. همه موش‌ها زنده ماندند. هیچ عارضه جانبی از جمله عفونت یا پاسخ التهابی مشاهده نشد. پس از دو، چهار و شش هفته کاشت، بازسازی استخوان در موش‌های دارای داربست HAp در مقایسه با عدم تشکیل استخوان در گروه‌های تحت کنترل به طور قابل‌توجهی افزایش یافت.

سئونگبوم هونگ، یکی از نویسندگان مربوطه این مطالعه گفت: ما یک ماده کامپوزیت پیزوالکتریک مبتنی بر HAp ساخته‌ایم که می‌تواند مانند یک باند استخوانی از طریق توانایی آن در تسریع بازسازی استخوان عمل کند. این تحقیق نه تنها مسیر جدیدی را برای طراحی مواد زیستی پیشنهاد می‌کند، بلکه در بررسی اثرات پیزوالکتریک و خواص سطحی بر بازسازی استخوان نیز مهم است.

این مطالعه در مجله ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شد.