ساخت تثبیت‌کننده‌های زیست‌تخریب‌پذیر استخوانی با کاربرد در جراحی‌های ارتوپدی

دانش‌آموخته مقطع دکتری دانشکده مهندسی مواد دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «طراحی و ساخت تثبیت‌کننده‌های استخوانی زیست‌تخریب‌پذیر نانوکامپوزیت منیزیمی تقویت شده با ترکیبات گرافنی جهت کاربردهای ارتوپدی»، گفت: مواد فلزی مختلف مانند فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای تیتانیوم به‌دلیل خواص مکانیکی عالی، مقاومت خوردگی خوب و زیست‌سازگاری مناسب در کاربردهای مختلف زیست پزشکی مانند جایگزین مفاصل، پیچ‌ها و صفحات تثبیت‌کننده استخوان استفاده شده‌اند.

سمیه اباذری سیوندی، افزود: با این حال، اثر سپر تنشی ناشی از بالاتر بودن مدول الاستیک آن‌ها نسبت به استخوان طبیعی و غیرتخریب پذیر بودن در محیط فیزیولوژیکی بدن از معایب اصلی این مواد است.

وی با تأکید بر اینکه در دو دهه اخیر تحقیقات گسترده‌ای برای کاهش میزان خوردگی مواد زیستی فلزی در محیط فیزیولوژی بدن انسان انجام شده است. با این حال، تحقیقات اخیر در مهندسی بافت استخوان به سمت توسعه مواد زیست‌تخریب پذیر برای محدوده گسترده‌ای از کاربردهای پزشکی متمرکز شده است، گفت: فلزات زیست‌تخریب‌پذیر پشتیبانی ساختاری مورد نیاز را برای بافت میزبان فراهم می‌کنند، درون تن به تدریج تخریب می‌شوند و سپس بعد از کامل کردن وظیفه خود که کمک به ترمیم بافت است، به طور کامل از بین می‌روند.

به گفته محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر، آلیاژهای منیزیم به‌دلیل زیست سازگاری خوب، قابلیت زیست تجزیه‌پذیری عالی و قابلیت استخوان‌سازی در محیط فیزیولوژیکی بدن قابل کاربرد هستند.

این محقق خاطرنشان کرد: با توجه به مزایای اشاره شده استفاده از این دسته از مواد به‌عنوان تحولی در مواد زیستی فلزی برای کاربرد در تجهیزات پزشکی و مهندسی بافت استخوان شناخته شده‌اند.

اباذری گفت: تولید پیچ و پین‌های کامپوزیت منیزیمی تقویت شده با ترکیبات نانوگرافنی جهت ترمیم استخوان‌های شکسته، موجب حذف جراحی ثانویه جهت خروج ایمپلنت از بدن پس از ترمیم بافت آسیب دیده و سبب کاهش اضطراب و استرس بیمار و عفونت‌های استخوانی حین عمل می‌شود.

وی خاطرنشان کرد: نهایتاً با تولید این پیچ و پین‌ها در کشور امکان صرفه‌جویی ارزی فراهم شده و دستاوردی جدید در صنعت پزشکی کشورمان محسوب می‌شود.

وی با اشاره به ویژگی‌های طرح، گفت: در واقع تجزیه پیوسته و آهسته این تثبیت‌کننده استخوانی با سرعت مناسب موجب شده است که همزمان با ناپدید شدن ایمپلنت در اثر تجزیه شدن، استخوان جدیدی نیز شکل گیرد. همچنین پس از یک سال به صورت کامل و ایمن از بدن دفع شوند.

وی با بیان اینکه این طرح نمونه داخلی ندارد و اولین نمونه پیچ منیزیمی در سال 2013 با نام تجاری مگنزیکس وارد بازار شد، گفت: این نوع کاشتنی بعد از یک یا دوسال از زمان قرارگیری در بدن به طور کامل از بین رفت. ماده کاشتنی مگنزیکس، به‌عنوان اولین ماده کاشتنی زیست‌تخریب‌پذیر برای استفاده در کاربردهای پزشکی شناخته شده است.

وی با اشاره به مزیت‌های رقابتی طرح، گفت: منیزیم دارای خواص ویژه‌ای مانند نسبت استحکام به وزن بالا، وزن مخصوص پایین و زیست سازگار است. آلیاژهای منیزیم، به دلیل زیست تخریب‌پذیری و استحکام بالا، انقلابی در کاربردهای ارتوپدی برای ساخت قطعات فلزی زیست‌ تخریب‌پذیر محسوب می‌شوند.

این محقق گفت: برای بهبود خواص مکانیکی از آلیاژسازی و ساخت نانوکامپوزیت به روش متالورژی پودر استفاده شد. به‌کارگیری ترکیبات گرافنی عملکرد آنتی باکتریال ایمپلنت تثبیت‌کننده را به میزان قابل توجهی در برابر باکتری‌های «E.Coli» و «S. aureus» افزایش می‌دهد. همچنین مطالعات سلولی با استفاده از استئوبلاست‌ها نشان داد افزودن ترکیبات گرافنی، میزان سازگاری سلولی تثبیت کننده را افزایش می‌دهد. استئوبلاست به یاخته‌هایی گفته می‌شود که استخوان‌های جدید را می‌سازند.

اباذری با اشاره به کاربردهای پروژه، گفت: این نانوکامپوزیت به ‌عنوان پیچ، پین و پلاک‌های تثبیت‌کننده جهت ترمیم استخوان آسیب دیده بدن کاربرد دارد.

این طرح با راهنمایی دکترعلی شمسی‌پور، عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دکتر حمیدرضا بخششی راد، عضو هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف‌آباد و همچنین همکاری دانشگاه صنعتی نروژ اجرایی شده و به نتیجه رسیده است. یافته‌های این کار پژوهشی تاکنون در قالب چهار مقاله در مجلات معتبر چارک اول (Q1) به چاپ رسیده است که یکی از آن‌ها در مجله با عنوان "Magnesium and alloys" با ضریب تأثیر 11.8 منتشر شده است.