پژوهشگران دانشگاه تهران و دانشگاه تکنولوژی مالزی، با کاربرد فناوری نانو اقدام به ساخت آزمایشگاهی ایمپلنت‌هایی کرده‌اند که نیازی به جراحی ثانویه جهت برداشت در محل ایمپلنت شده نداشته و قابل جذب در بدن باشد. این ایمپلنت زیست سازگار و آنتی باکتریال، از جنس آلیاژ منیزیم بوده و دارای پوششی از جنس نانوالیاف است.
کاربرد نانوالیاف در ایمپلنت‌های استخوانی قابل جذب در بدن
سالانه در دنیا بیش از ۱۰ میلیون ایمپلنت در بدن بیماران کارگذاشته می‌شود که بیشتر آن‌ها باید دوباره از بدن بیمار خارج شوند. این ایمپلنت‌ها بیشتر فلزی و از جنس تیتان و یا استیل بوده و دلیل خارج کردن آن‌ها، به‌خاطر مشکلاتی است که در روش‌های تشخیصی چون ام آر آی و سی تی اسکن ایجاد می‌کنند. در جراحی دوم در بهترین حالت، بیمار باید درد التیام زخم را تحمل کرده و حداقل چند روزی را در بیمارستان بماند. علاوه بر این، هزینه‌ی جراحی دوم برای درآوردن ایمپلنت‌ها سالانه چندین میلیارد تومان است. بنابراین نیاز است تا ایمپلنت‌هایی ساخته شود که این معضل را در پی نداشته باشد.
به گفته‌ی ژینا حدیثی- دانشجوی دکترا مهندسی پزشکی دانشگاه تهران، ایمپلنت فلزی متشکل از آلیاژ منیزیم، استحکامی همچون ایمپلنت‌های تیتانی دارد. این ایمپلنت آلیاژی علاوه بر استحکام بالای مکانیکی، انعطافی همچون بافت استخوان داشته و ۱۰۰درصد قابل‌جذب توسط بدن و دفع توسط کلیه‌هاست. بنابراین نیازی به خارج کردن آن از بدن نخواهد بود و به همین دلیل توجه محققان بسیاری را به خود جلب کرده است.
وی در ادامه افزود: «با وجود مزیت‌های بیان شده، در استفاده از آلیاژهای منیزیم دو مشکل عمده وجود دارد که شامل خواص آنتی باکتریال ضعیف و سرعت خوردگی بالای ایمپلنت‌های منیزیمی است که تا حدی باعث مرگ سلولی نیز می‌شود. به همین دلیل، ما در این پروژه سعی کردیم با بکارگیری فناوری نانو، در جهت بهبود خواص آنتی باکتریال و زیست سازگاری آلیاژ منیزیم گام برداریم.»
حدیثی در توضیح روش بکارگرفته شده در این تحقیق عنوان کرد: «راهکار ما استفاده از پوششی از جنس نانوالیاف ژلاتین و حاوی داروی آنتی باکتری سیپروفلوکساسین بود که به روش الکتروریسی بر روی آلیاژ منیزیم پوشش داده شده است. با کاربرد این نانوالیاف دو مشکل مطرح شده در خصوص آلیاژ منیزیم تا حد قابل قبولی برطرف شده است.»
به گفته‌ی این محقق، در واقع به دلیل وجود این پوشش نانوالیافی، سرعت خوردگی منیزیم کنترل شده که خود منجر به افزایش زیست‌سازگاری آلیاژ منیزیم می‌شود. از طرفی با کمک رهایش کنترل شده‌ی داروی سیپروفلوکساسین، خواص آنتی باکتریال آلیاژ منیزیم به صورت چشمگیری افزایش پیدا کرده است. برخورداری از خاصیت آنتی باکتریال سبب خواهد شد که در این ایمپلنت ریسک عفونت بسیار کاهش یابد و از طرفی هزینه‌های ناشی از برداشت ثانویه نیز حذف می‌شود.
کاربرد این محصول در زمینه مهندسی پزشکی و ایمپلنت‌های استخوانی خواهد بود. همانطور که اشاره شد آلیاژهای منیزیمی به دلیل زیست تخریب پذیر بودن نیازی به جراحی ثانویه ندارند؛ بنابراین انتظار می‌رود که در صورت دستیابی به تولید انبوه، در ایران نیز مصرف بالایی داشته باشند. البته هم اکنون این طرح در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است، اما تمامی امکانات و تجهیزات مورد نظر برای تولید در مقیاس بالا در دسترس است.
نمونه‌های ساخته شده توسط آزمون‌های فیزیکی و شیمیایی شامل بررسی میکروسکوپی و تست FTIR ارزیابی شده‌اند. همچنین زیست سازگاری و خاصیت آنتی باکتریال آن‌ها نیز توسط آزمون‌های برون تنی شامل تست MTT و دیسک دیفیوژن مورد بررسی قرار گرفته است.
این تحقیقات حاصل همکاری دکتر حمیدرضا بخششی راد- عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد نجف آباد، ژینا حدیثی-دانشجوی دکترای مهندسی پزشکی دانشگاه تهران و محققانی از دانشگاه تکنولوژی مالزی است. نتایج این کار در مجله‌ی Materials Letters با ضریب تأثیر ۲/۵۷ (جلد ۲۰۷، سال ۲۰۱۷، صفحات ۱۷۹ تا ۱۸۲) منتشر شده است.
به گفته‌ی ژینا حدیثی- دانشجوی دکترا مهندسی پزشکی دانشگاه تهران، ایمپلنت فلزی متشکل از آلیاژ منیزیم، استحکامی همچون ایمپلنت‌های تیتانی دارد. این ایمپلنت آلیاژی علاوه بر استحکام بالای مکانیکی، انعطافی همچون بافت استخوان داشته و ۱۰۰درصد قابل‌جذب توسط بدن و دفع توسط کلیه‌هاست. بنابراین نیازی به خارج کردن آن از بدن نخواهد بود و به همین دلیل توجه محققان بسیاری را به خود جلب کرده است.
وی در ادامه افزود: «با وجود مزیت‌های بیان شده، در استفاده از آلیاژهای منیزیم دو مشکل عمده وجود دارد که شامل خواص آنتی باکتریال ضعیف و سرعت خوردگی بالای ایمپلنت‌های منیزیمی است که تا حدی باعث مرگ سلولی نیز می‌شود. به همین دلیل، ما در این پروژه سعی کردیم با بکارگیری فناوری نانو، در جهت بهبود خواص آنتی باکتریال و زیست سازگاری آلیاژ منیزیم گام برداریم.»
حدیثی در توضیح روش بکارگرفته شده در این تحقیق عنوان کرد: «راهکار ما استفاده از پوششی از جنس نانوالیاف ژلاتین و حاوی داروی آنتی باکتری سیپروفلوکساسین بود که به روش الکتروریسی بر روی آلیاژ منیزیم پوشش داده شده است. با کاربرد این نانوالیاف دو مشکل مطرح شده در خصوص آلیاژ منیزیم تا حد قابل قبولی برطرف شده است.»
به گفته‌ی این محقق، در واقع به دلیل وجود این پوشش نانوالیافی، سرعت خوردگی منیزیم کنترل شده که خود منجر به افزایش زیست‌سازگاری آلیاژ منیزیم می‌شود. از طرفی با کمک رهایش کنترل شده‌ی داروی سیپروفلوکساسین، خواص آنتی باکتریال آلیاژ منیزیم به صورت چشمگیری افزایش پیدا کرده است. برخورداری از خاصیت آنتی باکتریال سبب خواهد شد که در این ایمپلنت ریسک عفونت بسیار کاهش یابد و از طرفی هزینه‌های ناشی از برداشت ثانویه نیز حذف می‌شود.
کاربرد این محصول در زمینه مهندسی پزشکی و ایمپلنت‌های استخوانی خواهد بود. همانطور که اشاره شد آلیاژهای منیزیمی به دلیل زیست تخریب پذیر بودن نیازی به جراحی ثانویه ندارند؛ بنابراین انتظار می‌رود که در صورت دستیابی به تولید انبوه، در ایران نیز مصرف بالایی داشته باشند. البته هم اکنون این طرح در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده است، اما تمامی امکانات و تجهیزات مورد نظر برای تولید در مقیاس بالا در دسترس است.
نمونه‌های ساخته شده توسط آزمون‌های فیزیکی و شیمیایی شامل بررسی میکروسکوپی و تست FTIR ارزیابی شده‌اند. همچنین زیست سازگاری و خاصیت آنتی باکتریال آن‌ها نیز توسط آزمون‌های برون تنی شامل تست MTT و دیسک دیفیوژن مورد بررسی قرار گرفته است.
این تحقیقات حاصل همکاری دکتر حمیدرضا بخششی راد- عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد نجف آباد، ژینا حدیثی-دانشجوی دکترای مهندسی پزشکی دانشگاه تهران و محققانی از دانشگاه تکنولوژی مالزی است. نتایج این کار در مجله‌ی Materials Letters با ضریب تأثیر ۲/۵۷ (جلد ۲۰۷، سال ۲۰۱۷، صفحات ۱۷۹ تا ۱۸۲) منتشر شده است.
