پژوهشگران یک بانداژ استخوان زیست‌تقلیدگر ساخته‌اند که محیط پیزوالکتریک و خصوصیات ترمیمی یک ماده معدنی طبیعی استخوان را تحکیم می‌کند. آن‌ها موفق شده‌اند با این نوآوری خود استخوان‌های صدمه‌دیده موش‌ها را با شدت بیشتری ترمیم کنند. این بانداژ استخوان کاربردهای گسترده‌ای در حوزه احیای استخوان خواهد داشت.
استخوان یک ماده پیزوالکتریک است. مواد پیزوالکتریک در عکس العمل به تنش مکانیکی بار الکتریکی تشکیل می‌کنند. این سیگنال‌های الکتریکی در ریزمحیط استخوان نقشی حیاتی در فرایند ترمیم استخوان ایفا می‌کنند و می‌توانند بازیابی را شتاب دهند.
راه حلهای جاری ترمیم استخوان عبارت هستند از پیوند یا بست که عوامل رشد را آزاد می‌کنند. این استراتژی‌ها محدودیت‌هایی دارند؛ ازجمله پیچیدگی‌های اهدای عضو، دسترسی محدود و هزینه بالا. اکنون پژوهشگران انستیتو پیشرفته علم و فناوری کره جنوبی (KAIST) با ترکیب پیزوالکتریسیته و یک ماده معدنی طبیعی استخوان یک روش نوآورانه ابداع کرده‌اند.
هیدروکسی آپاتیت (HAp) یک ماده طبیعی در استخوان‌ها و دندان است و در قوای ساختاری و بازیابی آن‌ها نقش دارد. دلنشین است بدانید این ماده طبق معمولً برای تحکیم دندان به خمیردندان‌ها اضافه می‌بشود. پژوهش‌ها نشان خواهند داد که HAp فرایند تشکیل استخوان را تحکیم می‌کند و یک بست برای رشد استخوان‌های تازه فراهم می‌آورد. این ماده خاصیت پیزوالکتریک نیز دارد که آن را به یک بست ایده‌آل تبدیل می‌کند.
پژوهشگران یک بست زیست‌تقلیدی ساخته‌اند که در آن HAp در چارچوب پیزوالکتریکی پلیمر پلی‌وینیلیدین فلورید و تری‌فلوئورو اتیلن (P(VDF-TrFE)) قرار می‌گیرد. امتیاز این روش نوآورانه این است که تحت سختی، سیگنال‌های الکتریکی تشکیل می‌کند و برخلاف راه حلهای شبیه قبلی، تنها به منفعت گیری روی سطح فلزی اعضای مصنوعی محدود نمی‌بشود.
بانداژ استخوان پیزوالکتریک می‌تواند یک محیط شبیه با ریزمحیط بدن تشکیل کند که برای ترمیم استخوان الزامی است.
KAIST
آزمایش بانداژ استخوان پیزوالکتریک
قیاس بست‌های با و بدون HAp بیرون از بدن نشان داد که اتصالات سلولی در بست‌های HAp ۱۰ تا ۱۵ درصد بالاتر می بود. سپس از پنج روز کشت سلول، تکثیر سلولی روی این بست‌ها ۲۰ تا ۳۰ درصد بالاتر می بود و آن‌ها ۳۰ تا ۴۰ درصد استخوان‌سازی بیشتری داشتند. این نتایج نشان خواهند داد که HAp خصوصیات پیزوالکتریک بست را افزایش می‌دهد و محیطی شبیه با محیط بیرون سلولی بدن را می‌سازد که برای ترمیم بافت الزامی است.
پژوهشگران سپس بست‌های HAp/P(VDF-TrFE) خود را روی موش‌ها آزمایش کردند. آن‌ها این بست‌ها را روی شکستگی‌هایی در استخوان‌های جمجمه موش‌ها قرار دادند. بست‌ها برای شش هفته در محل خود بدون تحول شکل باقی ماندند و همه موش‌ها بدون عوارض جانبی شدید زنده ماندند.
نتایج نشان می‌داد که دو، چهار و شش هفته بعد از منفعت گیری از بست HAp/P(VDF-TrFE)، احیای استخوان تحکیم چشمگیری داشت. از آن طرف، در گروه کنترل هیچ شکل‌گیری استخوانی مشاهده نشد.
پژوهشگران می‌گویند ماده کامپوزیت پیزوالکتریک آن‌ها می‌تواند همانند به یک «بانداژ استخوان» احیای استخوان را شتاب دهد. این می‌تواند مسیر را برای طراحی مواد زیست‌تقلیدگر در آینده هموار کند و این چنین فرصتی برای بازدید آثار پیزوالکتریسیته و خصوصیات سطحی احیای استخوان فراهم آورد.
منبع