پژوهشگران نانومواد با همکاری پژوهشگران داروسازی، با استفاده از نانوذرات شیشه زیست فعال، موفق به طراحی داربست نانولیفی تخریب‌پذیر مناسب برای کشت سلول و بازسازی بافت در ترمیم بافت‌های آسیب دیده استخوانی شدند.
طراحی داربست نانولیفی تخریب‌پذیر برای بازسازی بافت
پژوهشگران نانومواد با همکاری پژوهشگران داروسازی، با استفاده از نانوذرات شیشه زیست فعال، موفق به طراحی داربست نانولیفی تخریب‌پذیر مناسب برای کشت سلول و بازسازی بافت در ترمیم بافت‌های آسیب دیده استخوانی شدند. محصول این طرح در حوزه پزشکی بعد از انجام آماده‌سازی و تست‌های تکمیلی در مجاور بافت بدن، می‌تواند به عنوان داربست حامل دارو و عوامل زیست فعال، جهت کشت سلول استخوان و بازسازی و ترمیم بافت آسیب دیده استخوانی کاربرد داشته باشد.
پیوند بافت استخوان که امروزه به عنوان یکی از روش‌های درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد با مشکلاتی نظیر کمبود بافت پیوندی و تخریب و آسیب در محل برداشت بافت و همچنین نیاز به چندین عمل جراحی همراه است. انگیزه‌های اقتصادی، فراهم کردن آسایش بیشتر بیمار و درمان آسیب دیدگی‌های کلی از مواردیست که باعث شده توجه ویژه‌ای به درمان‌های جایگزین از جمله مهندسی بافت صورت گیرد. داربست‌ها یکی از اجزای اصلی مهندسی بافت هستند که بعد از قرارگیری در بدن از بین رفته و جای خود را به بافت جدید می‌دهند. داربست نانولیفی کامپوزیتی و زیست تخریب‌پذیر طراحی و ساخته شده در این تحقیق با خواص مکانیکی و زیست فعالی بهبود یافته و امکان رهایش کنترل شده دارو، می‌تواند بستر مناسبی را برای کشت سلول‌های استخوانی و تشکیل بافت جدید استخوان فراهم آورد که در نتیجه بکارگیری آن، ترمیم و بازسازی بافت استخوانی تسریع می‌یابد. بعلاوه به دلیل تخریب کامل داربست در محیط بدن، نیاز به عمل جراحی مجدد جهت خارج کردن داربست وجود ندارد.
هدف اصلی در این کار، طراحی داربست نانولیفی تخریب‌پذیر مناسب برای کشت سلول و بازسازی بافت در ترمیم بافت‌های آسیب دیده استخوانی است. در این راستا از پلیمر زیست تخریب‌پذیر و زیست سازگار پلی کاپرولاکتون جهت تولید داربست نانولیفی استفاده شد -پلی کاپرولاکتون بعد از قرارگیری در محیط بدن تخریب شده و محصولات تخریب آن غیر سمی است-. به منظور بهبود خواص مکانیکی و زیست فعالی این نانوالیاف، از نانوذرات شیشه زیست فعال استفاده و به منظور افزایش کارآیی این داربست، داروی سیمواستاتین (جهت تسریع رشد بافت استخوان) در این نانوالیاف بارگیری شد. سال‌ها پیش به‌وسیله‌ی تحقیقات هنچ و همکارانش نشان داده شد که شیشه‌های زیست فعال قابلیت پیوند و اتصال با بافت استخوان را دارند و همبندی خوبی با استخوان برقرار می‌کنند همچنین نتایج تحقیقات نشان داده است که سیمواستاتین (داروی کاهنده کلسترول خون) تأثیر مثبتی بر متابولیسم استخوان دارد، به همین دلیل در این تحقیق تصمیم بر آن شد تا با ترکیب این دو ماده با نانوالیاف پلی کاپرولاکتون، داربست نانولیفی مناسبی برای بافت استخوان تهیه گردد.
در این کار تحقیقاتی، نانوالیاف کامپوزیتی پلی کاپرولاکتون بارگیری شده با داروی سیمواستاتین و نانوذرات شیشه زیست فعال به روش الکتروریسی تهیه شد و خواص بیولوژیکی و مکانیکی آن به‌صورت آزمایشگاهی و در محیط شبیه‌سازی شده بدن مورد ارزیابی قرار گرفت.
منیره کوهی دانشجوی دکتری نانومواد دانشگاه صنعتی اصفهان، در مورد مراحل کاری این تحقیقات گفت: «بطور کلی در این کار تحقیقاتی دو مرحله اصلی ۱- تهیه و تولید داربست و ۲-ارزیابی خواص داربست وجود داشت. در مرحله تولید داربست، نانوالیاف پلی کاپرولاکتون حاوی درصدهای مختلف نانوذرات شیشه زیست فعال (با متوسط اندازه ذرات ۴۰ نانومتر) و همچنین ترکیب درصدهای مختلف داروی سیمواستاتین به روش الکتروریسی از محلول پلیمری حاوی پلیمر، نانوذره و دارو در حلال کلروفرم/متانول تهیه شد. در مرحله مشخصه‌یابی، بدلیل اینکه برای بازسازی بافت‌های سخت مانند استخوان خواص مکانیکی داربست یکی از پارامترهای مهم است، ارزیابی خواص مکانیکی و ساختاری نانوالیاف صورت گرفت. همچنین خواص بیولوژیکی از جمله زیست تخریب پذیری، زیست فعالی و رهایش دارو در مایع شبیه‌سازی شده بدن در دما و شرایط طبیعی مایع بدن، در مدت زمان‌های مختلف بررسی شد. برای تایید تشکیل لایه آپاتیت در محیط فیزیولوژی از آنالیز XRD، FTIR و تصویربرداری SEM استفاده شد. آزمون رهایش دارو به‌روش اسپکتروفتومتری و با اندازه‌گیری میزان جذب محیط رهایش انجام گرفت و در ادامه سینیتیک و سازوکار رهایش دارو از نانوالیاف با فرمولاسیون‌های مختلف به‌طور کامل مورد بحث قرار گرفت.»
وی با اشاره به اینکه در این تحقیق از ساختار طبیعی استخوان الهام گرفته شده است، افزود: «با الهام گرفتن از ساختار طبیعی استخوان که خود یک نانوکامپوزیت حاوی نانوکریستال‌های هیدروکسی آپاتیت و نانوالیاف کلاژن است، اقدام به تهیه نانوالیاف پلیمری حاوی نانوذرات سرامیکی شد تا ترکیبی از انعطاف پذیری نانوالیاف و استحکام نانوذرات داشته باشیم. بعلاوه تلفیقی از خواص منحصر به‌فرد نانوالیاف، خواص مکانیکی و زیست تخریب پذیری مناسب پلی کاپرولاکتون، خواص زیست فعالی عالی شیشه‌های زیست فعال و در نهایت حضور داروی سیمواستاتین، این وب نانوالیاف را گزینه مناسبی در کاربردهای بازسازی استخوان ساخته است.»
کار تحقیقاتی صورت گرفته نتایج بسیار قابل توجهی داشت. به طور خلاصه می‌توان گفت که در این تحقیق، نانوالیاف یکنواخت پلی کاپرولاکتون حاوی نانوذره و داروی سیمواستاتین به روش الکتروریسی به‌طور موفقیت آمیزی تهیه شد. نتایج تصویربرداری میکروسکوپی نشان می‌دهد که نانوالیاف بدون بید و یکنواخت تا غلظت ۱۵% نانوذره قابل حصول است. همچنین نتایج این تحقیق نشان داد که افزودن نانوذرات شیشه زیست فعال استحکام کششی و مدول نانوالیاف را افزایش می‌دهد. حضور نانوذرات بر درصد کریستالینیتی نانوالیاف تأثیر گذار است. کوهی در تکمیل نتایج این تحقیقات گفت: «نتایج آزمون زیست تخریب پذیری و رهایش دارو نشان داد که حضور نانوذرات شیشه به دلیل دارا بودن قابلیت هیدرولیز در محیط آبکی، تخریب پذیری وب نانوالیاف در محیط شبیه‌سازی شده بدن و در نتیجه میزان داروی آزاد شده در محیط رهایش را نسبت به نانوالیاف بدون نانوذره افزایش می‌دهد. بر اساس نتایج آزمون زیست فعالی مشاهده شد که نانوالیاف مذکور توانایی تشکیل لایه آپاتیت استخوان مانند را بعد از ۳ روز قرارگیری در مایع شبیه‌سازی بدن داراهستند و میزان آپاتیت تشکیل شده با گذشت زمان قرارگیری در مایع شبیه‌سازی شده افزایش می‌یابد. در مجموع می‌توان گفت که نانوالیاف کامپوزیتی پلی کاپرولاکتون حاوی داروی سیمواستاتین و نانوذرات شیشه زیست فعال که برای اولین بار، در این تحقیق تولید شدند، رفتار کنترل شده‌ای در رهایش دارو دارند. از طرفی خواص زیست فعالی بالای این الیاف که به روش‌های مختلفی تأیید شد و خواص مکانیکی بهبود یافته این نانوالیاف، این مواد کامپوزیتی را مناسب برای کاربردهای بازسازی استخوان ساخته است.»
به گفته خانم کوهی، کارهای مربوط به ثبت اختراع این طرح پژوهشی در حال انجام است. این در حالی است که محصول این طرح در حوزه پزشکی به عنوان داربست حامل دارو و عوامل زیست فعال، جهت کشت سلول استخوان و بازسازی و ترمیم بافت آسیب دیده استخوانی کاربرد خواهد داشت. البته آماده‌سازی و تست‌های تکمیلی قبل از بکارگیری مستقیم در مجاور بافت بدن مورد نیاز است.
یکی از نتایج اخیر اینکارتحقیقاتی که به دست منیره کوهی، دکتر محمد مرشد (عضو هیئت علمی دانشکده نساجی دانشگاه صنعتی اصفهان)، دکتر ژاله ورشوساز (عضو هیئت علمی دانشکده داروسازی دانشگاه علوم پزشکی اصفهان) و دکتر محمد حسین فتحی (عضو هیئت علمی دانشکده مواد دانشگاه صنعتی اصفهان) صورت گرفته است، درمجله Chemical Engineering Journal (جلد۲۲۸، ۱۵ جولایسال ۲۰۱۳، صفحات۱۰۵۷الی۱۰۶۵) منتشر شده است.
