محققان پژوهشگاه مواد و انرژی موفق به ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی نوعی نانوکامپوزیت زیست سازگار با قابلیت حمل دارو شده‌اند که قابل تزریق به استخوان آسیب دیده است. در صورت تکمیل آزمایش‌ها و دستیابی به تولید انبوه از این ماده می‌توان در جراحی‌های ارتوپدی ترمیم
پژوهشگاه مواد و انرژی: ساخت آزمایشگاهی خمیر نانوکامپوزیتی با قابلیت تزریق به بدن
در سال‌های اخیر، استفاده از جایگزین‌های استخوانی به شکل‌های مختلف رو به افزایش بوده است. خمیرهای تزریق پذیر نمونه‌ای از این مواد مورد استفاده در مهندسی بافت است. به گفته‌ی دکتر سعید حصارکی، هدف از انجام این طرح، تهیه‌ی یک خمیر تزریق پذیر با ویژگی زیست سازگاری متشکل از شیشه‌ی زیست فعال و پلیمر سدیم آلژینات بوده است.
وی در خصوص مشکلات خمیرهای تزریقی موجود عنوان کرد: «خمیرهای تزریق پذیر باید به گونه‌ای باشد که با نیروی قابل قبولی تزریق شود؛ بدون اینکه جدایش فازی بین پودر و مایع اتفاق افتد. نقطه ضعف اصلی این سیستم‌های تزریق پذیر از هم گسیختگی خمیرها در تماس با مایعات فیزیولوژیک بدن است که باعث می‌شود خمیر قبل از تشکیل استخوان محل عیب را ترک کند. استفاده از برخی پلیمرها پیوستگی خمیر را افزایش می‌دهد. نکته‌ی مهم در انتخاب پلیمرها این است که این افزودنی اثر نامطلوبی بر خواص بیولوژیکی، جریان‌یابی و تزریق پذیری خمیر نداشته باشد. از دیگر مشکلات خمیرهای قابل تزریق ایجاد واکنش گیرش در آن‌هاست. لذا به دلیل سفت شدن سریع این خمیرها زمان کار با آن‌ها محدود است و تزریق باید در زمان کوتاهی قبل از تشکیل ساختارهای داخلی صورت گیرد.»
در ساخت این خمیر تلاش شده که نمونه‌ای سنتز شود که واکنش گیرشی در آن اتفاق نیافتد. این ویژگی بر اثر استفاده از شیشه‌ی زیست فعال ایجاد شده است. لذا این نمونه می‌تواند تمام زوایای غیر قابل دسترس محل آسیب دیده را پر کند. همچنین بررسی خصوصیات رئولوژیکی این خمیر آسان تر است. از طرفی هزینه‌ی تمام شده برای تهیه‌ی این ماده به مراتب ارزان‌تر از نمونه‌ی خارجی آن است.
حصارکی سایر مزیت‌های نمونه‌های سنتز شده را بدین شرح بیان کرد: «خمیر تزریق شده توانایی ماندگاری در محل نقیصه (کاشت) را بدون جابجایی در محیط اطراف و یا آبشویی دارد. همچنین مقاومت فیزیکی آن در برابر نفوذ مایعات بدن و ممانعت در برابر از هم پاشیدگی ساختار از دیگر مزیت‌های آن به شمار می‌رود. ضمن اینکه ترکیب استفاده شده قابلیت تشکیل نانوذرات هیدروکسی آپاتیت و در نتیجه پیوند شیمیایی با بافت استخوان در محیط بدن را نیز داراست.»
همانگونه که اشاره شد اجزای این خمیر کامپوزیتی شامل یک فاز پودری از جنس شیشه‌ی زیست فعال ۴۵S5 و یک فاز محلول از پلیمر طبیعی سدیم آلژینات است. در این تحقیق خواص رئولوژیکی نمونه‌ها مانند ویسکوزیته، مقاومت کامپوزیت در مقابل جریان سیال داخل بدن، قابلیت تزریق پذیری مورد بررسی قرار گرفته است. قابلیت تشکیل فاز نانوذرات هیدروکسی آپاتیت روی سطح کامپوزیت و رفتارهای سلولی کامپوزیت متأثر از غلظت و ترکیب هر یک از اجزای کامپوزیت از دیگر موارد مطالعه شده در این پژوهش بوده است. در این آزمایش‌ها از روش‌هایی شاملSEM، XRD، FTIR و BET برای شناسایی و ارزیابی خواص استفاده شده است.
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Journal of the Australian Ceramics Society (جلد ۵۱، شماره ۲، سال۲۰۱۵، صفحات ۹۹ تا ۱۰۸) به چاپ رسیده است. دکتر سعید حصارکی، دکتر علی اصغر بهنام قادر- اعضای هیأت علمی پژوهشگاه مواد و انرژی، شکوفه برهان- دانشجوی دکترای مهندسی مواد و دکتر ابراهیم قاسمی- عضو هیأت علمی مؤسسه‌ی پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش در انجام این طرح همکاری داشته‌اند.
وی در خصوص مشکلات خمیرهای تزریقی موجود عنوان کرد: «خمیرهای تزریق پذیر باید به گونه‌ای باشد که با نیروی قابل قبولی تزریق شود؛ بدون اینکه جدایش فازی بین پودر و مایع اتفاق افتد. نقطه ضعف اصلی این سیستم‌های تزریق پذیر از هم گسیختگی خمیرها در تماس با مایعات فیزیولوژیک بدن است که باعث می‌شود خمیر قبل از تشکیل استخوان محل عیب را ترک کند. استفاده از برخی پلیمرها پیوستگی خمیر را افزایش می‌دهد. نکته‌ی مهم در انتخاب پلیمرها این است که این افزودنی اثر نامطلوبی بر خواص بیولوژیکی، جریان‌یابی و تزریق پذیری خمیر نداشته باشد. از دیگر مشکلات خمیرهای قابل تزریق ایجاد واکنش گیرش در آن‌هاست. لذا به دلیل سفت شدن سریع این خمیرها زمان کار با آن‌ها محدود است و تزریق باید در زمان کوتاهی قبل از تشکیل ساختارهای داخلی صورت گیرد.»
در ساخت این خمیر تلاش شده که نمونه‌ای سنتز شود که واکنش گیرشی در آن اتفاق نیافتد. این ویژگی بر اثر استفاده از شیشه‌ی زیست فعال ایجاد شده است. لذا این نمونه می‌تواند تمام زوایای غیر قابل دسترس محل آسیب دیده را پر کند. همچنین بررسی خصوصیات رئولوژیکی این خمیر آسان تر است. از طرفی هزینه‌ی تمام شده برای تهیه‌ی این ماده به مراتب ارزان‌تر از نمونه‌ی خارجی آن است.
حصارکی سایر مزیت‌های نمونه‌های سنتز شده را بدین شرح بیان کرد: «خمیر تزریق شده توانایی ماندگاری در محل نقیصه (کاشت) را بدون جابجایی در محیط اطراف و یا آبشویی دارد. همچنین مقاومت فیزیکی آن در برابر نفوذ مایعات بدن و ممانعت در برابر از هم پاشیدگی ساختار از دیگر مزیت‌های آن به شمار می‌رود. ضمن اینکه ترکیب استفاده شده قابلیت تشکیل نانوذرات هیدروکسی آپاتیت و در نتیجه پیوند شیمیایی با بافت استخوان در محیط بدن را نیز داراست.»
همانگونه که اشاره شد اجزای این خمیر کامپوزیتی شامل یک فاز پودری از جنس شیشه‌ی زیست فعال ۴۵S5 و یک فاز محلول از پلیمر طبیعی سدیم آلژینات است. در این تحقیق خواص رئولوژیکی نمونه‌ها مانند ویسکوزیته، مقاومت کامپوزیت در مقابل جریان سیال داخل بدن، قابلیت تزریق پذیری مورد بررسی قرار گرفته است. قابلیت تشکیل فاز نانوذرات هیدروکسی آپاتیت روی سطح کامپوزیت و رفتارهای سلولی کامپوزیت متأثر از غلظت و ترکیب هر یک از اجزای کامپوزیت از دیگر موارد مطالعه شده در این پژوهش بوده است. در این آزمایش‌ها از روش‌هایی شاملSEM، XRD، FTIR و BET برای شناسایی و ارزیابی خواص استفاده شده است.
نتایج این تحقیقات در مجله‌ی Journal of the Australian Ceramics Society (جلد ۵۱، شماره ۲، سال۲۰۱۵، صفحات ۹۹ تا ۱۰۸) به چاپ رسیده است. دکتر سعید حصارکی، دکتر علی اصغر بهنام قادر- اعضای هیأت علمی پژوهشگاه مواد و انرژی، شکوفه برهان- دانشجوی دکترای مهندسی مواد و دکتر ابراهیم قاسمی- عضو هیأت علمی مؤسسه‌ی پژوهشی علوم و فناوری رنگ و پوشش در انجام این طرح همکاری داشته‌اند.
