محققان دانشگاه فنی هنگ کنگ موفق شده اند با ترکیب فوم حافظه دار با هیدروکسی آپاتیت، یک داربست استخوانی با کارایی بالا و با قابلیت خود جورشوندگی(self-fitting) طراحی و تولید کنند.
ترجمه: آزاده موحد
این داربست استخوانی می تواند به راحتی و بدون هیچ گونه خطری درون نواقص استخوانی قرار گرفته و باعث تحریک بازسازی استخوان شود و در نتیجه بهبود صدمات و شکستگی های استخوانی را تسریع کند. در حال حاضر داربست استخوانی که دارای فوم حافظه دار بوده و چنین قابلیتی داشته باشد در بازار موجود نیست.
علی رغم این که استخوان دارای قابلیت بازسازی خود است اما در مورد نواقص استخوانی شدید که به دلیل تومورهای استخوانی یا شکستگی های حاد رخ می دهد، معمولا برای هماهنگ کردن بازسازی استخوان ، عمل پیوند لازم است. از آن جایی که شکستگی استخوان به ویژه در میان سالمندان روز به روز نگران کننده تر می شود، چگونگی بهبود فرایند پیوند و یا تحریک موثر بازسازی استخوان برای کمک به تسکین درد بیماران و کاهش هزینه های درمانی جامعه به یک موضوع چالش برانگیز تبدیل شده است.
یکی از موارد امیدوار کننده در این رابطه ساخت داربست استخوانی توسط دانشمندان مهندسی بافت است که می تواند برای بازسازی سریع بافت به عنوان یک قالب عمل کند و در جراحی های کم تهاجمی برای کاهش زمان بستری بودن در بیمارستان و خطر ابتلا به عفونت مورد استفاده قرار گیرد. داربست استخوانی جدید یک پیشرفت غیرمنتظره در این عرصه محسوب می شود.
ویژگی های داربست استخوانی جدید
این داربست استخوانی به عنوان یک ماده ی حافظه دار می تواند در دمای صفر درجه سانتی گراد فشرده شود و در همین حالت و در دمای اتاق درون استخوان قرار گیرد و در دمای 40 درجه سانتی گراد کاملا به شکل اولیه خود بازگردد. بنابراین داربست به خوبی می تواند مناطق بی قاعده استخوان را پر کند. دماهای گذار که در محدوده ای نزدیک به دمای بدن انسان قرار دارند نیز باعث می شود امکان استفاده از این داربست ها در جراحی های کم تهاجمی افزایش پیدا کند.
داربست خود جورشونده دارای ساختاری بسیار متخلخل با منافذی به هم پیوسته بوده که امکان مهاجرت سلولی و شکل گیری بافت های جدید را فراهم می کند. میانگین سایز منافذ داربست 670 میکرومتر است(قطر هر تار موی انسان حدود 100 میکرومتر است) که نزدیک به اندازه ی استخوان های ترابکولار یا اسفنجی می باشد و در نتیجه عملکرد آن در بدن نیز مشابه است. بهترین ساختار برای داربست، ساختاری است که حدود 60 درصد فضای منافذ را اشغال کند.
استحکام مکانیکی داربست نباید خیلی پایین یا خیلی بالا باشد چون ممکن است باعث تغییر شکل و شکستگی یا کاهش دانسیته ی بافت اطراف استخوان شود. مقاومت فشاری داربست تولید شده در دانشگاه هنگ کنگ 6/13 مگاپاسکال است که تقریبا مشابه استخوان های اسفنجی می باشد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که داربست خود جورشونده سازگار با محیط زیست بوده و فاقد سمیت سلولی می باشد.
مطالعه بازسازی استخوان در حیوانات
تیم تحقیقاتی کارایی داربست های جدید را در تسهیل بازسازی استخوان بر روی خرگوش امتحان کردند. نتایج نشان داد که داربست های جدید مشکلات داربست های پلیمری متداول را نداشته و پتانسیل زیادی نیز برای بازسازی استخوان دارند.
در بررسی های حیوانی، 18 خرگوش که دارای نقص استخوانی در هر زانوی خود بودند(در مجموع 36 نقص) به یک گروه آزمایشی و یک گروه کنترل تقسیم شدند.
در گروه آزمایشی، داربست های خود جورشونده(با اندازه اصلی حدود 5 درصد بزرگ تر از استخوان ناقص) در منطقه ی مورد نظر قرار گرفتند و حدود 50 درصد اندازه ی اصلی خود فشرده شدند. داربست ها پس از این که با محلول نمکی در دمای 40 درجه سانتی گراد عمل شدند از فرم فشرده ی خود خارج شده و در مدت زمان 60 ثانیه نقص را برطرف کردند. نواقص استخوانی در گروه کنترل همچنان رفع نشده باقی ماند.
در گروه آزمایشی در مدت زمان 12 هفته پس از عمل جراحی سرعت بافت در حال رشد بیشتر از گروه کنترل بوده است.
بر اساس مطالعات انجام شده مشخص شد که داربست های فوق باعث تحریک شکل گیری استئوبلاست ها یا سلول های استخوان ساز و رگ های خونی که وظیفه سنتز بافت استخوانی بر عهده ی آن هاست، می شوند. در گروه آزمایشی پس از گذشت 12 هفته از عمل جراحی، تعداد جوانه های ماهیچه ای که بر روی داربست رشد کرده بودند چهار برابر گروه کنترل بود. علاوه بر آن 5 درصد سطح استخوان با استئوبلاست ها پوشیده شده بود که در مورد گروه کنترل این فاکتور تقریبا صفر بود.
مهندسی بافت
مهندسی بافت به استفاده از ترکیبی از سلول ها، روش های مهندسی و مواد اولیه برای بهبود یا جایگزینی بافت های بیولوژیکی نظیر استخوان، غضروف و ماهیچه اشاره دارد. این مبحث حدود سی سال پیش آغاز شد و از آن زمان به بعد تحقیقات در این رابطه با سرعتی تصاعدی رو به افزایش است.
بازار جهانی مهندسی بافت در سال 2016 حدود 5 میلیارد دلار بوده و تصور می شود که پتانسیل روش های موجود در این عرصه باعث رشد این بازار باشد.
علاوه بر آن به دلیل افزایش جمعیت سالخورده، نیاز به وجود درمان های احیا کننده ی موثرتر، بیشتر و بیشتر حس می شود. افزایش موارد آسیب دیدگی و بیماری های مرتبط با سبک زندگی افراد نظیر چاقی و دیابت دو عامل مهم دیگری هستند که به افزایش تقاضا برای روش های درمانی با مهندسی بافت منجر می شوند.