ساخت نسل جدیدی از ایمپلنت‌ زیست مکانیکی برای بازسازی استخوان‌

گروه بین المللی متشکل از پژوهشگران مؤسسه ی ویس در دانشگاه هاروارد و مرکز درمان های احیایی برلین براندنبورگ و مرکز جراحی اسکلتی عضلانی شاریته در برلین، نشان داده اند که ساختارهای بهینه شده یزیست مکانیکیمی توانند به بازسازی و بهبود استخوان ها کمک کنند.

القاء بازسازی استخوان در درمان نقایص استخوانی از اهمیت بسیاری برخوردار است. چنانچه پژوهشگران در بررسی های خود نشان داده اند، سرعت و اثربخشیفرآیند بازسازی وبهبود استخوان ها، به خصوص در ساختارهای استخوانی بزرگ، به نسبت سختی ایمپلنت های مورد استفاده بستگی دارد. یافته های این پژوهشگران در نشریه یScience Transcription Medicineمنتشر شده است.

درمان نقایص استخوان های بزرگ در اندام های فوقانی یا تحتانی در زمینه ی جراحی های مربوط بهتروما(به عنوان مثال در نتیجه، ترومای حاد، عفونت و سرطان استخوان) هنوز مسئله ای چالش برانگیز است. نقص های استخوانی این نوع خود به خود برطرف نمی شوند و در موارد بسیار حاد به قطع اندام می انجامند. در این موارد، یک گزینه ی همیشه در دسترس، استفاده ازبافت استخوانیخود بیمار برای تولید گرافت استخوانی با اندازه و استحکام مناسب است. با این حال، این روش اغلب موفقیت آمیز نیست. گزینه ی درمانی دیگری توسط پژوهشگران مرکز جراحی اسکلتی عضلانی شاریته پیشنهاد داده شده است. در این روش درمانی،نقایص استخوانی با استفاده از ساختارهای توری تیتانیوممتناسب با بیمار فرد برطرف می شوند.

پژوهشگران در این روش از اطلاعات سی تی اسکن برای طراحی یک مدل سه بعدی از استخوان آسیب دیده و نقص استخوانی بهره بردند. سپس با استفاده از چاپگر سه بعدی با فناوری زینترینگ (پخت) لیزری، از این اطلاعات برای چاپ یک ساختار توری تیتانیوم مورد نیاز بیمار استفاده کردند و با جراحی این ساختار سفارشی سازی شده را در بدن بیمار ایمپلنت کردند. به گفته پژوهشگران، نتایج این روش درمانی، امیدوارکننده بوده است و در مجموع ۱۹ بیمار با استفاده از این نوع ایمپلنت ها درمان شده اند.پژوهشگران همچنین برای بهبود بازسازی استخوان، ساختار توری تیتانیوم را با بافت استخوانی بیمار، فاکتورهای رشد و مواد جایگزین استخوان پر کردند.

سرپرستی این گروه پژوهشی بر عهده ی دکترآن ماری پوبلوتاز مرکز جراحی اسکلتی عضلانی شاریته در برلین بود. او می گوید:

ما ابتدا از مدل سازی رایانه ای برای طراحی یک ساختار استاندارد با بهینه سازی زیست مکانیکی بهره بردیم. سپس با بهره بردن از یک مدل حیوانی اثرات واقعی آن را بر بازسازی استخوانی بررسی کردیم. از آنجایی که روند بازسازی استخوان در حیوانات بسیار شبیه به انسان است، توانستیم نتیجه گیری های مثبتی در خصوص نحوه بازسازی استخوان های انسان به دست آوریم.

ساختار بهینه شده ی زیست مکانیکی دارای ساختار لانه زنبوری است که با منافذ خود به رشد استخوان بیمار کمک می کند. پژوهشگران سپس با تغییر قطر این ساختار لانه زنبوری، ساختارهایی با سختی مختلف طراحی کردند.

پروفسور جورج دودا، معاون مرکز درمان های احیایی برلین براندنبورگ، می گوید:

ما فرض کردیم که رشد مجدد استخوان تا حدی زیادی به سختی ساختار ایمپلنت شده بستگی دارد. بنابراین، برای بررسی اثرات تحریک مکانیکی در طی روند بازسازی استخوان، از چهار گروه آزمایشی با ایمپلنت های مختلف با سختی متفاوت بهره بردیم.

دکتر فیلیپ شواب، یکی دیگر از پژوهشگران این گروه پژوهشی، می گوید:

حتی پس از سه ماه، شواهد رادیوگرافی ما نشان می دادند که ایمپلنت های نرم نسبت به ایمپلنت های سخت، رشد سریع استخوان را در واکنش به افزایش تحریک مکانیکی در پی دارند.

پژوهشگران هم اکنون در حال طراحی و ساخت ساختارهای بهینه سازی زیست مکانیکی با توری تیتانیومی نرم تر هستند. این روش بازسازی استخوانی ممکن است در آینده ای نزدیک در جراحی های استخوانی مورد استفاده قرار گیرد. به احتمال زیاد این روش برای استخوان هایی طویلی همچون دست و پا مورد استفاده قرار می گیرد؛ اما به نظر نمی رسد این روش برایجراحی های نخاعی، دهان و فک فوقانیمحدودیت هایی داشته باشد.