تحریک سلول‌های بنیادی برای ترمیم استخوان با مواد فیزوالکتریک
محققان در هنگ کنگ با استفاده از موادی خاص موسوم به منسوجات فیزوالکتریک روشی جدید برای احیا و بازرویش استخوان و کمک به ترمیم شکستگی‌های صعب‌العلاج استخوانی ابداع کردند.
به گزارش «اسپکتروم»، شکستگی استخوان می‌تواند یک تجربه بسیار دردناک باشد، اما این مساله همچنین سرآغاز فرایند ترمیمی است که برای برخی بیماران ممکن است بسیار طولانی باشد.
در افراد سالم که دچار شکستگی استخوان شده اند، پس از حدود دو هفته بدن شروع به پُرکردن شکستگی با سلول های استخوانی جدید موسوم به «اوستوبلاست» می‌کند، اما وجود بیماری یا تروما می‌تواند این فرایند طبیعی ترمیم را بسیار سخت یا حتی در مواردی ناممکن سازد.
مهندسان بافت استخوان در تلاش برای حل این مشکل از طریق انتقال مستقیم اوستوبلاست‌های تولیدشده در آزمایشگاه به استخوان صدمه دیده هستند. این کار تاحدی از طریق تحریک رشد سلول‌های بنیادی با استفاده از شارژ الکتریکی مشابه نوع منتشر شده توسط نورون‌های بدن، برای تحریک انتقال از یک سلول بنیادی ژنریک به یک سلول خاص استخوانی انجام می‌شود.
در آینده، این نوع فناوری ممکن است مانند یک نوع آتل‌بندی داخلی به کار رود تا بطور مصنوعی یک نقص استخوانی را که بدن قادر به ترمیم آن نیست، اصلاح کند.
با این حال، ایجاد راه‌حل‌هایی با کارایی و اطمینانی مشابه سامانه‌های ترمیمی طبیعی بدن کار دشواری است. اکنون، تحقیقات در زمینه منسوجات نانوفیبری با شارژ الکتریکی، به یک نوع درمان جدید احتمالی اشاره دارد.
«جین‌لیان هو» استاد مهندسی بیومدیکال در دانشگاه «سیتی» هنگ کنگ می‌گوید: کارهای تحقیقاتی گذشته درباره منسوجات نانوفیبر ساخته شده از دسته ای از مواد موسوم به فیزوالکتریک (piezoelectric)، الهام‌بخش او برای کاربرد این مواد برای احیا و بازرویش استخوان بوده است.
وی گفت: تعدادی از دستگاه‌های فیزوالکتریک به عنوان حسگرهای پوشیدنی ابداع کرده‌ایم که قادر به مهار انرژی از طریق فعالیت های فیزیولوژیک مانند نفس کشیدن و دویدن هستند. این کار به ما اطمینان داده است که مواد فیزوالکتریک وقتی تحریک شوند، می توانند سیگنال های الکتریکی تولید کنند که این کار برای بازرویش استخوان مفید است.
مواد فیزوالکتریک از این حیث منحصر به فرد هستند که برای تولید الکتریسیته نیازمند شارژ یا باتری خارجی نیستند بلکه در نتیجه تغییر فشار حاصل از تغییر شکل مانند فشار یا کشیده شدن می توانند برق تولید کنند.
«هو» بیان کرد: در ارتباط با بازرویش بافت‌های بدن این یک مزیت کلیدی است؛ زیرا حتی حرکت بسیار کوچک سلول‌ها برای تحریک فیزوالکتریسیته و تحریک رشد سلول های بنیادی کافی است.
در این کار تحقیقاتی، هو و همکارانش از یک پلیمر فیزوالکتریک موسوم به «پلی‌وینیلیدن فلورید» (PVDF) استفاده کردند و بررسی کردند که تغییر پارامترهای ایجاد آن چگونه می تواند خروجی فیزوالکتریک را افزایش دهد.
این محققان دریافتند بازپخت یا آنیل کردن (annealing) این منسوجات نانوفیبر در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد توانایی آنها برای تولید شارژ الکتریکی را بهبود می‌بخشد. این تیم گزارش داد که تولید استخوان ناشی از منسوجات بازپخت شده تقریبا دو برابر بهتر از منسوجات غیربازپخت‌شده است.
یافته‌های این گروه تحقیقاتی همچنین ارائه دهنده فرصتی برای محققان حوزه بیومدیکال برای تحقیقات بیشتر در این خصوص است که در وهله اول چه چیزی عامل محرک رشد سلول بنیادی است.
