ساخت بانداژ پیزوالکتریک جدیدی که استخوان‌های ترک‌خورده را سریع‌تر ترمیم می‌کند

محققان یک باند استخوانی بیومیمتیک ساخته اند که محیط پیزوالکتریک و خواص ترمیمی یک ماده معدنی طبیعی استخوان را افزایش می دهد. آنها با این نوآوری موفق به ترمیم استخوان های آسیب دیده موش ها شده اند. این بانداژ استخوانی کاربردهای گسترده ای در زمینه بازسازی استخوان خواهد داشت.

استخوان یک ماده پیزوالکتریک است. مواد پیزوالکتریک در پاسخ به تنش مکانیکی بار الکتریکی تولید می کنند. این سیگنال های الکتریکی در ریزمحیط استخوان نقش حیاتی در روند ترمیم استخوان دارند و می توانند بهبود را تسریع کنند.

روش های فعلی ترمیم استخوان شامل گرافت ها یا بست هایی است که فاکتورهای رشد را آزاد می کنند. این استراتژی ها دارای محدودیت هایی هستند. از جمله عوارض اهدای عضو، دسترسی محدود و هزینه بالا. اکنون، محققان موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره جنوبی (KAIST) با ترکیب پیزوالکتریک و یک ماده معدنی استخوان طبیعی، روشی نوآورانه ایجاد کرده اند.

هیدروکسی آپاتیت (HAp) یک ماده طبیعی در استخوان ها و دندان ها است و در استحکام ساختاری و بازیابی آنها نقش دارد. جالب است بدانید که این ماده معمولا برای تقویت دندان ها به خمیردندان ها اضافه می شود. تحقیقات نشان می دهد که HAp فرآیند تولید استخوان را افزایش می دهد و داربستی را برای رشد استخوان جدید فراهم می کند. این ماده همچنین دارای خواص پیزوالکتریک است که آن را به یک اتصال دهنده ایده آل تبدیل می کند.

محققان یک بست بیومیمتیک ساخته اند که در آن HAp در چارچوب پیزوالکتریک پلی وینیلیدین فلوراید و پلیمر تری فلوئورواتیلن (P(VDF-TrFE)) قرار می گیرد. مزیت این روش ابتکاری این است که سیگنال های الکتریکی را تحت فشار تولید می کند و بر خلاف روش های مشابه قبلی، محدود به استفاده بر روی سطح فلزی اندام های مصنوعی نیست.

بانداژ استخوان پیزوالکتریک می تواند محیطی شبیه به ریزمحیط بدن ایجاد کند که برای بهبود استخوان ضروری است.

آزمایش بانداژ استخوان پیزوالکتریک

مقایسه بست ها با و بدون HAp در خارج از بدن نشان داد که چسبندگی سلولی در بست های HAp 10 تا ۱۵ درصد بیشتر بود. پس از پنج روز کشت سلولی، تکثیر سلولی روی این گیره ها ۲۰ تا ۳۰ درصد بیشتر بود و ۳۰ تا ۴۰ درصد استخوان سازی بیشتری داشتند. این نتایج نشان می دهد که HAp خواص پیزوالکتریک بانداژ را افزایش می دهد و محیطی شبیه به محیط خارج سلولی بدن ایجاد می کند که برای ترمیم بافت ضروری است.

محققان سپس بست های HAp/P(VDF-TrFE) خود را روی موش ها آزمایش کردند. آنها این گیره ها را روی شکستگی های استخوان جمجمه موش ها قرار دادند. گیره ها به مدت شش هفته بدون تغییر شکل در جای خود باقی ماندند و همه موش ها بدون عوارض جانبی شدید زنده ماندند.

نتایج نشان داد که دو، چهار و شش هفته پس از استفاده از بست HAp/P(VDF-TrFE)، بازسازی استخوان به طور قابل توجهی افزایش یافت. از طرفی در گروه کنترل هیچ استخوان سازی مشاهده نشد.

محققان می گویند مواد کامپوزیتی پیزوالکتریک آنها می تواند بازسازی استخوان را شبیه به “بانداژ استخوان” تسریع بخشد. این می تواند راه را برای طراحی مواد بیومیمتیک در آینده هموار کند و همچنین فرصتی برای بررسی اثرات پیزوالکتریک و خواص سطحی بازسازی استخوان فراهم کند.

منبع: دیجیاتو