اصفهان: بهره‌گیری از نانوپوشش زیست‌سازگار جهت ترمیم استخوان

بخش بزرگی از استخوان یک نانوکامپوزیت واقعی را عناصر معدنی تشکیل می‌دهند. مواد زیست‌ تخریب‌پذیر مورد استفاده در بدن باید حداقل شرط لازم را دارا باشند تا بافت آسیب دیده در تماس با آن‌ها دچار هیچ واکنش منفی مانند التهاب، تورم، آزادسازی یون‌های سمی و یا سرطان‌زایی نگردد. در پژوهش حاضر، تلاش شده است با توسعهی نسل جدید کاشتنی‌های پایه منیزیمی با استفاده از یک نوع پوشش‌ نانوساختار، علاوه بر کمک به تسریع درمان عیوب استخوانی، عوارض جانبی ناشی از کاربرد آن‌ها نیز به حداقل برسد.

رامین روجائی، کارشناس ارشد مواد از دانشگاه صنعتی اصفهان، در تشریح تحقیقات صورت گرفته بیان کرد: «از عناصر بسیار حیاتی در ترمیم بافت استخوانی آسیب دیده، منیزیم است. در سال‌های اخیر، منیزیم به عنوان نسل جدید کاشتنی(ایمپلنت)های زیست‌تخریب‌پذیر مطرح شده است. اما میزان بالای خوردگی این فلز خالص در بدن موجود زنده، مانع گسترش استفاده از آن شده است. از این رو تلاش نمودیم تا با اعمال یک لایهی اکسیدی و پوشش شیشهای  زیست‌فعال (بیواکتیو گلاس) روی‌ آلیاژ پایهی منیزیم، نرخ تخریب منیزیم به صورت کنترل شده و متناسب با میزان مورد نیاز بدن باشد. همچنین با ترکیب مواد زیست‌سازگار، ورود عناصر سازنده استخوان به بخش آسیب دیده راحت‌تر صورت می‌گیرد و میزان ترمیم استخوان افزایش می‌یابد».

در ساخت این ماده، ترکیبی از پوشش‌های دولایهی نانوساختار استفاده شده است. این کار علاوه بر تقویت مقاومت به خوردگی نمونهی زیرلایه(آلیاژ منیزیم)، زیست‌فعالی بیشتری را ایجاد 
می‌کند و منجر به همبندی بهتر کاشتنی مصنوعی با استخوان می‌شود. به دلیل شباهت شیمیایی سطح شیشهی زیست‌فعال به کار گرفته شده در پوشش این ماده و بخش معدنی استخوان، سلول‌ها تمایزی بین این دو قائل نخواهند شد.

استفاده از مادهی زیست‌تخریب‌پذیر پیشنهادی، نیاز به جراحی ثانویهی ناحیه‌ی اطراف بافت را برای خروج کاشتنی پس از بهبودی کامل، برطرف می‌کند. این مزیت بسیار بزرگی در کاهش درد ناشی از عمل جراحی و ایجاد عفونت پس از آن به شمار می‌رود. در نهایت، این پیشنهاد می‌تواند میزان بهبودی ناحیهی آسیب‌دیده را افزایش دهد.

روجائی در ادامه، مراحل ساخت و بررسی عملکرد این نانوکامپوزیت را اینگونه شرح می‌دهد: « پس از تهیه و آماده‌سازی، نمونه‌های آلیاژ منیزیم در یک حمام نمکی قرار گرفتند. سطح نمونه‌ها به روش اکسیداسیون پلاسمای جرقه‌ای، توسط یک لایه اکسید فلز پوشانده شد. همچنین پودرهای شیشهی زیستی در دو ساختار آمورف و بلوری تولید شدند. در ادامه، قطعات به روش رسوب‌دهی الکتروفورتیک با پودرهای نانوساختار شیشه زیستی پوشش داده شدند. شرایط بهینه برای دست‌یابی به پوشش مناسب و آزمون‌های غوطه‌وری در محیط شبیه‌سازی شده سیّال بدن(SBF) و همچنین بررسی مقاومت به خوردگی نمونه در این محلول مورد بررسی قرار گرفت».

بر اساس نتایج به دست آمده، شیشهی زیست‌فعال بلوری (کریستاله) قابلیت بسیار بالاتری برای برقراری پوشش نسبت به شیشهی زیست فعال بی‌شکل (آمورف) بر روی آلیاژ منیزیم دارد. ازطرفی پوشش اعمال شده، زیست‌‌فعالی مناسبی را از خود نشان می‌دهد. در ضمن، میزان عناصر آزاد شده از قبیل منیزیم (Mg)، روی (Zn) و آلومینیوم (Al) ناشی از زیرلایهی فلزی نیز در حد مجاز است. این دستاورد کمک شایانی به تامین مواد معدنی مورد نیاز برای ترمیم استخوان می‌کند و در نتیجه میزان استخوان‌سازی را سرعت می‌بخشد.

به طور خلاصه، مواد زیست‌سازگار پیشنهادی، جایگزین مناسبی برای کاشتنی‌های اورتوپدی متداول امروزی مانند فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) و آلیاژهای کروم-کبالت (Cr-Co Alloys) خواهد بود. زیرا این آلیاژهای‌ تنها می‌توانند به عنوان پشتیبان (Supporter) ناحیه آسیب دیده مورد استفاده قرار بگیرند و قابلیت تأمین مواد معدنی مورد نیاز برای رشد استخوان را ندارند.
نتایج این پژوهش که حاصل همکاری رامین روجائی، دکتر محمد حسین فتحی-عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی اصفهان- و همکارانشان است، در مجله Ceramics Intenational ( جلد ۴۰، شماره۶، ماه ژانویه، سال ۲۰۱۴، صفحات ۷۸۷۹ تا ۷۸۸۸) به چاپ رسیده است.