ترمیم استخوان با یک اسلحه!

ایسنا: تفنگ ترمیم استخوان آنها شبیه یک چاپگر سه‌بعدی دستی است، اما به جای پلاستیک، داربست‌های پلیمری زیست‌تخریب‌پذیر را مستقیما در طول عمل جراحی روی استخوان‌های شکسته اعمال می‌کند.

محققان در کره جنوبی در جستجوی گزینه‌ای سریع‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر برای ترمیم استخوان شکسته، به توسعه روشی پرداختند که می‌تواند ایمپلنت‌های استخوانی مخصوص بیمار را بدون هزینه‌های بالا یا سرعت پایینِ روش‌های سنتی موجود ایجاد کند.

 پیوند فلز و ایمپلنت‌های مبتنی بر تیتانیوم همچنان جزء روش‌های استاندارد تثبیت شکستگی‌های شدید استخوان به شمار می‌رود، اما تولید آنها گران است و سفارشی‌سازی آنها برای هر بیمار دشوار است. این در حالی است که اگرچه چاپ سه‌بعدی دری را به روی راه‌حل‌های شخصی‌سازی‌شده‌تر باز کرده است، اما هنوز به زمان و منابع قابل توجهی نیاز دارد.  به همین دلیل محققان دانشگاه سونگ کیون کوان در کره جنوبی، در جستجوی گزینه‌ای سریع‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر، به توسعه روشی پرداختند که می‌تواند ایمپلنت‌های استخوانی مخصوص بیمار را بدون هزینه‌های بالا یا سرعت کم روش‌های سنتی ایجاد کند.

به نقل از آی‌ای، تفنگ ترمیم استخوان آنها شبیه یک چاپگر سه‌بعدی دستی است، اما به جای پلاستیک، داربست‌های پلیمری زیست‌تخریب‌پذیر را مستقیما در طول عمل جراحی روی استخوان‌های شکسته اعمال می‌کند. این دستگاه «گلوله‌های» پلیمری مخصوص را در دمای ایمن ۶۰ درجه سانتیگراد ذوب می‌کند، دمایی که به اندازه کافی سرد است تا از بافت اطراف محافظت کند و در عین حال یک چارچوب مخصوص برای رشد استخوان جدید تشکیل دهد.  

ایمپلنت‌های استخوانی مخصوص بیمار بدون هزینه بالا

جونگ سونگ لی، محقق مهندسی زیست‌پزشکی در دانشگاه سونگ‌کیون‌کوان کره و گروهش ابزاری ساختند که یک رشته زیست‌سازگار را خارج می‌کند و به سرعت به یک داربست تبدیل می‌شود و استخوان را در جای خود نگه می‌دارد و از بهبود طبیعی بدون هزینه و زمان‌ زیادی که از معایب ایمپلنت‌های سنتی بود، پشتیبانی می‌کند.

ساخت یک چسب حرارتی که بتواند استخوان‌ها را ترمیم کند، برای گروه لی دشوار بود. چسب حرارتی استاندارد در دمای بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد ذوب می‌شود که دمایی بسیار بالا برای بافت زنده است. این ماده همچنین باید با استحکامی مشابه استخوان طبیعی سخت می‌شد و به تدریج تجزیه می‌شد تا استخوان جدید بتواند جایگزین آن شود. این سه چالش یعنی دمای ایمن، استحکام مشابه استخوان و تجزیه زیستی کنترل‌شده، راهنمای طراحی داربست ترمیم استخوان آنها بود.

همانطور که لی توضیح می‌دهد، گروهش قبل از یافتن ترکیب مناسب، چندین مخلوط را آزمایش کردند. آنها پلی‌کاپرولاکتون، یک ترموپلاستیک مورد تایید سازمان غذا و دارو را که در عرض چند ماه به طور ایمن در بدن تجزیه می‌شود، با هیدروکسی آپاتیت که یک ماده معدنی است که به رشد استخوان جدید کمک می‌کند، ترکیب کردند. پس از تنظیم نسبت‌ها، آنها به ترکیبی دست یافتند که در دمای ملایم ۶۰ درجه سانتیگراد ذوب می‌شود، به طور ایمن به استخوان متصل می‌شود، در طول بهبودی قوی می‌ماند و به تدریج با جایگزینی بافت طبیعی، تجزیه می‌شود.

تفنگی که ترمیم شکستگی را سرعت می‌بخشد 

با تکمیل گلوله‌های ترمیم استخوان، گروه لی به آزمایش‌های حیوانی روی خرگوش‌هایی با استخوان ران شکسته روی آورد. خرگوش‌هایی که با تفنگ ترمیمی درمان شدند، سریع‌تر از خرگوش‌هایی که با سیمان استخوان استاندارد، یک گزینه تجاری رایج، درمان شدند، بهبود یافتند.  

با این حال، تجزیه آهسته این ماده مانع از ترمیم کامل شکستگی‌ها شد و این امر نیاز به اصلاح بیشتر قبل از شروع آزمایش‌های انسانی را نشان می‌دهد. لی اکنون قصد دارد سرعت تجزیه را افزایش دهد و آنتی‌بیوتیک‌ها را به این ترکیب اضافه کند تا ایمپلنت بتواند به تدریج داروهای ضد عفونت را در طول بهبودی آزاد کند.

چالش دیگر، تحمل بار است. خرگوش‌ها سبک هستند، بنابراین آنچه برای آنها مؤثر است ممکن است در انسان دوام نیاورد. بنابراین، لی خاطرنشان می‌کند که آزمایش روی حیوانات بزرگتر برای اطمینان از ایمنی درازمدت مورد نیاز خواهد بود. همچنین مسئله مهارت وجود دارد، زیرا تفنگ درمانی مانند یک تفنگ چسب حرارتی پیشرفته کار می‌کند، اما دقت بسیار مهم است. بنابراین، محققان خاطرنشان می‌کنند که جراحان قبل از استفاده از این ابزار در عمل‌های انسانی، برای استفاده مؤثر و مداوم از آن به آموزش نیاز دارند.