ترمیم استخوان با نانوفناوری

هم‌اکنون موثرترین عملی که برای ترمیم بافت استخوانی انجام می‌شود، اطمینان از قرار گرفتن استخوان‌ها در مکانی صحیح در حین فرآیند التیام است که برای انجام آن معمولا از گچ یا اسپلینت (تخته شکسته‌بندی) استفاده می‌شود.

محققان کشورمان در قالب طرحی موفق به ترمیم و تسریع رشد بافت استخوانی به کمک نانولوله‌های کربنی چنددیواره پوشش داده شده در مقیاس پایلوت شدند.

کاوه آذری، میترا عالی ابوذر، روزبه حسن‌زاده، الهام ارجمندی، کوروش کلایه، شیما دامغانیان و بهنوش نوایی‌فرد از اعضای اصلی این طرح به راهنمایی دکتر حمید امیدوار، فوق دکترای مهندسی مواد از اکول سانترال لیون فرانسه و عضو هیات علمی‌ دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به انجام این طرح شدند.

مهندس کاوه آذری، مجری طرح می‌گوید: با توجه به بحث پوکی استخوان بخصوص در بانوان شاهد شکستگی‌های بدی در نقاط مختلف از جمله استخوان فمور (استخوان لگن) هستیم. با درمان‌های سنتی با استفاده از حالت پیچ ـ پلاک سعی در پیوند و ترمیم این مفصل است.

در این مدت بیمار متحمل دردها و مشقات زیادی از جمله درد‌های استخوانی در قسمت پیچ شده مفصل، ران و کمردرد می‌شود البته بحث به اینجا ختم نمی‌شود، چراکه بعد از عمل جراحی بیمار حدود دو ماه پای آسیب‌دیده را نباید روی زمین بگذارد.

از طرف دیگر بعد از این مدت و با وجود دردهای فراوان به دلیل ضعیف‌شدن عضله ران، بیمار نیازمند فیزیوتراپی‌های ممتد است. به عبارتی بعد از عمل جراحی سخت و متحمل شدن دردهای فراوان، بیمار باید با فیزیوتراپی حالت تعادل را در پیاده‌روی تمرین کند البته در برخی موارد اوضاع بسیار وخیم‌تر می‌شود، از این جهت که مفصل ران و قسمتی از لگن بیمار دچار ساییدگی شده و به ناچار باید آن را با پروتزها جایگزین کرد.

با این توصیفات تغییر عملکرد ترمیم شکستگی و روی آوردن به علوم روز امری مهم و جدی تلقی می‌شود.

به طور کلی این روزها با پیشرفت علوم مختلف و ظهور نانوفناوری این علم در زمینه‌های مختلفی وارد شده و اثرات متفاوتی از خود برجا گذاشته است.

به گفته آذری، هدف از این طرح هم ترمیم و تسریع رشد بافت‌های آسیب‌دیده با تکنیک نانوفناوری است. به عبارت دقیق‌تر نانولوله‌های کربنی چنددیواره، می‌تواند خواص مکانیکی استخوان را بهبود بخشد.

نانولوله‌ها در تمام بافت استخوانی پخش شده و به ترمیم بافت آسیب‌دیده کمک می‌کند. آذری می‌افزاید: شکل‌گیری نانوتیوپ‌های کربن به صورت ساختمانی دارای مقطع حلقوی C6 و به صورت میله‌ای و پایه‌ای در سال ۱۹۸۵ شناخته شده است.

ساختمان حلقوی که شامل ۶۰ کربن است تشکیل شده از ۲۰ هگزاگونال و ۱۲ پنتاگونال در یک محیط دوار به قطر یک نانومتر است که از طرف طول و پهنا می‌تواند گسترش یابد و به شکل اصلی نانوتیوپ درآید. ​

سال ۱۹۹۱ یک میکروسکوپ الکترونی ژاپنی به نام آی جی ما، ساختمان پایه‌ای نازک آنها را کشف کرد که شامل تعدادی سیلندرهای تودرتو بوده که به وسیله حلقه‌های پنتاگونال پوشانده شده است که به وسیله قوس الکتریکی جریان مستقیم مابین الکترودهای کربنی در مجاورت گاز هلیم و ایجاد دمای ۳۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، دیواره‌های چندلایه نانوتیوپ (MWNTS) ساخته و ایجاد می‌شود.

نانولوله‌های کربنی چنددیواره پوشش داده شده به عنوان ماده‌ای سازگار با بافت استخوانی، می‌تواند در بافت استخوانی وارد شده، سبب ترمیم آسیب وارده بر بافت استخوانی شود.

همچنین نانولوله‌های کربنی می‌تواند در باز رشد این بافت مورد استفاده قرار گیرد. آذری در ارتباط با چگونگی ترمیم بافت به کمک نانوفناوری می‌گوید: با پیوند نانولوله‌های کربنی چند دیواره با بافت استخوانی آسیب‌دیده، بعد از مدت زمان کوتاهی، پخش نانولوله‌ها در فضای بافت استخوانی آسیب‌دیده نمایان می‌شود و نانولوله‌ها حتی به مغز استخوان نیز نفوذ می‌کند. این مداخله به صورت کاملا مثبت و سازنده، تاثیرات شگرفی در روند بهبود بافت آسیب‌دیده ایجاد می‌کند.

آذری در نهایت با بیان این‌که خوشبختانه شاهد پیشرفت چشمگیری در کشور در حوزه نانوفناوری هستیم، می‌افزاید: امیدوارم با تحقیقات بیشتر در آینده‌ای بسیار نزدیک شاهد حضور مستقیم نانولوله‌های کربنی در جراحی‌های ارتوپدی باشیم و نانوفناوری به صورت کامل جای قطعات کاشتنی فولادی و تیتانیمی‌ را بگیرد.

بهاره صفوی – گروه دانش