ساخت بانداژ پیزوالکتریک جدیدی که استخوان‌های ترک‌خورده را سریع‌تر ترمیم می‌کند

پژوهشگران یک بانداژ استخوان زیست‌تقلیدگر ساخته‌اند که محیط پیزوالکتریک و خصوصیات ترمیمی یک ماده معدنی طبیعی استخوان را تقویت می‌کند. آن‌ها موفق شده‌اند با این نوآوری خود استخوان‌های آسیب‌دیده موش‌ها را با سرعت بیشتری ترمیم کنند. این بانداژ استخوان کاربردهای گسترده‌ای در حوزه احیای استخوان خواهد داشت.

استخوان یک ماده پیزوالکتریک است. مواد پیزوالکتریک در واکنش به تنش مکانیکی بار الکتریکی تولید می‌کنند. این سیگنال‌های الکتریکی در ریزمحیط استخوان نقشی حیاتی در فرایند ترمیم استخوان ایفا می‌کنند و می‌توانند بازیابی را شتاب دهند.

روش‌های فعلی ترمیم استخوان عبارتند از پیوند یا بست که عوامل رشد را آزاد می‌کنند. این استراتژی‌ها محدودیت‌هایی دارند؛ ازجمله پیچیدگی‌های اهدای عضو، دسترسی محدود و هزینه بالا. حالا 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. جالب است بدانید این ماده معمولاً برای تقویت دندان به خمیردندان‌ها اضافه می‌شود. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که HAp فرایند تولید استخوان را تقویت می‌کند و یک بست برای رشد استخوان‌های جدید 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 فشار، سیگنال‌های الکتریکی تولید می‌کند و برخلاف روش‌های مشابه قبلی، تنها به استفاده روی سطح فلزی اعضای مصنوعی محدود نمی‌شود.

آزمایش بانداژ استخوان پیزوالکتریک

مقایسه بست‌های با و بدون HAp بیرون از بدن نشان داد که اتصالات سلولی در بست‌های HAp ۱۰ تا ۱۵ درصد بالاتر بود. بعد از پنج روز کشت سلول، تکثیر سلولی روی این بست‌ها ۲۰ تا ۳۰ درصد بالاتر بود و آن‌ها ۳۰ تا ۴۰ درصد استخوان‌سازی بیشتری داشتند. این نتایج نشان می‌دهند که HAp خصوصیات پیزوالکتریک بست را افزایش می‌دهد و محیطی مشابه با محیط بیرون سلولی بدن را می‌سازد که برای ترمیم بافت ضروری 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 تغییر شکل باقی ماندند و تمام موش‌ها بدون عوارض جانبی شدید زنده ماندند.

نتایج نشان می‌داد که دو، چهار و شش هفته پس از استفاده از بست HAp/P(VDF-TrFE)، احیای استخوان تقویت چشمگیری داشت. از آن طرف، در گروه کنترل هیچ شکل‌گیری استخوانی مشاهده نشد.

پژوهشگران می‌گویند ماده کامپوزیت پیزوالکتریک آن‌ها می‌تواند شبیه به یک «بانداژ استخوان» احیای استخوان را شتاب دهد. این می‌تواند مسیر را برای طراحی مواد زیست‌تقلیدگر در آینده هموار کند و همچنین فرصتی برای بررسی آثار پیزوالکتریسیته و خصوصیات سطحی احیای استخوان فراهم آورد.