بخشی از مقاله
چکیده
اهمیت توانایی و پتانسیل فناوری نانو در تمام زمینه های علم و فناوری بر کسی پوشیده نیست اما از آنجا که خواسته ی بشر فقط سلامت و در نهایت افزایش طول عمر است و در این راه تلاشهای زیادی را بکار می بندد، میزان رشد، توسعه و شروع کاربردهای فناوری نانو در علوم پزشکی بیش از دیگر شاخه های علم براه است.
مقدمه
نانو تکنولوژی در زمینه اساسی در ارتوپدی به طور خاص نقش دارو. - 1 طراحی و ساخت مواد جدید جایگزین کننده استخوان - 2 کمک به درک بهتر و کامل تر از خصوصیات ساختاری استخوان لازم به ذکر است که سرامیک ها از مدت ها قبل در درمان شکستگی ها جهت تسریع جوش خوردن استفاده می شدند ولی بعلت عدم پیوند این مواد با تسخوان به خاطر نزدیک نبودنشان با بافت استخوانی کارایی لازم را نداشتند
امروزه با کمک نانو تکنولوژی سرامیک هایی که خصوصیات بیولوژیک تری دارند ساخته شده اند، این ها دارای خلل و فرجی کمتر از 100 نانو متر هستند که باعث تحریک و رشد سریعتر استخوان در محل می شوند. از سوی دیگر با کمک نانو تکنولوژی امکان بررسی واکنش استخوان در مقیاس اتمی در برابر نیروهای تغییر شکل دهنده ی وارد برآن امکان پذیر شده است که درصورت درک کامل این پدیده میتوان راه های جدیدی در درمان شکستگی استخوان ایجاد کرد.
بحث و بررسی
.1 ساخت ماده نانو بیوسرامیک برای کاربرد خاص در جراحی ارتوپدی و دندانپزشکی یکی از نکات موجود در کاربرد پزشکی هیدروکسی آپاتیت، نرخ بالای انحلال پذیری آن در محیط فیزیولوژیکی است که منجر به سست شدن مفصل مشترک استخوان با بیوماده ذکر شده است. چه به صورت پوشش بر سطح ایمپلنت فلزی و چه به صورت بالک، می شود.
این مسئله باعث می گردد که بیوماده نتواند نقش خود را به خوبی در ترمیم بافت آسیب دیده ایفا نماید. در این راستا، جایگزینی یون های هیدروکسیل در ساختار هیدروکسی آپاتیت با یون فلوئور که منجر به شکل گیری فلوئور آپاتیت می شود، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در اثر این جایگزینی افزایش پایداری حرارتی طی فرایند ساخت و کاهش نرخ انحلال پذیری آپاتیت در بدن، خواص ناخواسته هیدروکسی آپاتیت در محیط بدن را بهبود می بخشد.
در ساختار بافت معدنی استخوان یون هایی چون F- , NA + , K+ , MG2+ , CO32- حضور دارند که از بین این یون ها، F- , CO32- تأثیر بیشتری بر رفتار و خواص بخش معدنی استخوان دارند و حضور یون F- در حد خیلی کم، در بافت دندان و استخوان ضروری است.
جایگزین گروه های OH- در ساختار هیدروکسی آپاتیت با یون F- منجر به شکل گیری ترکیب جدیدی با عنوان فلوئور آپاتیت - CA10 - F04 - 6 F2 - می شود که نسبت به پودر هیدروکسی آپاتیت خالص در محیط بیولوژیکی دارای فرایابی چون با تشکیل سریع تر لایه آپاتیت، جذب بهتر پروتئین و سلول های استخوان ساز بر سطح و نرخ انحلال کمتر است از مزایای دیگر فلوئور آپاتیت فراوان به پایداری حرارتی بالای آن طی فرایند تولید اشاره کرد.
روش مورد استفاده برای ساخت این نانو پودر را در آلیاژ سازی مکانیکی عنوان می کنند و برای این منظور از دستگاه آسیاب گلوله ای سیاره ای، با محفظه و گلوله های زیر کونیایی استفاده می شود. مشخصه یابی این نانو پودر نیز، با روش مرسوم مثل پراش پرتوایکس - XRD - ، میکروسکوپ الکترونی - TEM - و طیف سنجی مادون قرمز - FTIR - انجام شده است
.2 کاشت نانو ابزاری در میان ستون فقرات یک جراح در کالیفرنیا اقدام به استفاده از پروتزی در بدن بیمار کرد که در آن از فناوری نانو استفاده شده است این پروتز برای رفع درد پشت در بدن بیمار قرار می گیرد.
نانو لاک اولین ابزار پروتز بر فناوری نانو بوده که دارای تاییدیه سازمان غذا و داروی آمریکا است. جراحی جوش ستون فقرات برای اتصال مهره ها انجام می شود که با این کار حرکت میان مهره ها حذف شده و درد تسکین پیدا می کند. در طول این جراحی یک مهره برداشته می شود، همان مهره ای که روی عصب فشار وارد می کند و فاصله ای میان دو استخوان به وجود می آید که این فاصله با استفاده از این پروتز پر می شود. این ایمپلنت از جنس تیتانیوم است و روی سطح آن برجستگی هایی وجود دارد که هم باعث بهتر نگهداشتن پروتز شده وهم امکان رشد استخوان را فراهم می کند این ویژگی ها باعث بهبود سریع فرا می شود
.3 معرفی مزایای نانو پوشش مورد استفاده در یک قطعه قابل کاشت در بدن
در این محصول از فناوری Nano Lock TM که یک پوشش سطحی است استفاده شده است. فناوری نانو لاک یک پوشش سطحی است که برای قطعات قابل کاشت در ستون فقرات در نظر گرفته شده و مورد تایید سازمان غذا و داروی آمریکا نیزاست.
دراین پوشش نانو ساختارهایی وجود دارو که موجب افزایش هسته های اوستئوژینک شده و فاکتورهای رشد آنژیوژینک؟ را که برای رشد سلول های استخوانی حیاتی است افزایش می دهد.
.4 نانو ساختار معدنی به عنوان محرک رشد استخوان پژوهشگران دانشگاه مرداک موفق شدند ترکیبات جدیدی سنتز کنند که موجب تشدید تشکیل استخوان در گوسفندان می شود. یافته های این گروه تحقیقاتی امکان پیوند جوانه های استخوانی سنتز شده به انسان را یک گام به جلو میبرد. این ماده پتانسیل بالایی درجراحی های استخوان و بازسازی استخوان های آسیب دیده دارد. در حال حاضر از اهدا استخوان یا استخوان بخش های سالم بیمار برای ترمیم و جوانه زنی استخوان استفاده می شود.
اما این روش ها محدودیت زیادی در پی دارند. از این رو محققان درصدد ارائه مواد سنتزی برای رفع این مشکل هستند.
ادی پوینر و همکارانش از گروه فناوری نانو با استفاده از پودر زیست سرامیکی هیدروکسی آپاتیت - HAP - برای تولید نانو ساختارهای اسفنجی شکل استفاده کرده و آن را با موفقیت روی شانه چهار گوسفند امتحان کردند. اما این کار نیز با پیچیدگی هایی همراه است که درنهایت موجب بروز محدودیت در استفاده از هیدروکسی آپاتیت می شود. پوینر و همکارانش نانو ساختارهای هیدروکسی آپاتیتی با دانسیته و تخلخل مختلف سنتز کردند. آنها برای این کار از روش هایی نظیر اولتراسونیک، ماکروویو و عملیات حرارتی استفاده کردند.
محققان برای اثبات عملکرد صحیح این ماده، چهار گوسفند را انتخاب کرده و در چهار نقطه شانه این حیوانات از ماده سنتزی تولید شده استفاده کردند. بعد از 12 هفته نتایج حاکی از موفقیت درعملکرد و زیست سازگاری این ماده بود. استفاده از مواد سنتزی دراین حوزه کار دشواری است زیرا ساختار استخوان بسیار پیچیده بوده و لازم است که مواد سنتزی نیز از نظر تخلخل وساختاری مشابهه استخوان طبیعی بوده و خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی استخوان طبیعی را داشته باشد همچنین این مواد باید غیرسمّی بوده و نرخ زوال آنها به گونه ای باشد که سلول ها بتوانند روی آن رشد کرده و رگ های استخوانی برای تأمین مواد غذایی لازم جهت رشد استخوان روی این مواد ایجاد شود.
.5 تیتانیوم دارای الگوهای نانو ساختار برای تسریع جوش خوردن استخوان شرکت پروویدنس مدیکال تکنولوژی در حوزه ادوات مورد استفاده در بافتهای ستون فقرات فعالیت دارو و فناوری مرسوم به CavuxTM را به بازار عرضه کرده است. که برای جوش خوردن و بهبود بخشیدن استخوان ها طراحی شده است.
این محصول یک قطعه قابل کاشت در ستون فقرات است که برای تولید آناز نانو و میکرو ساختارهای استفاده شده است. وجود این میکرو و نانو ساختارهای تیتانیومی موجب می شود مساحت سطحی قطعه قابل کاشت در بدن افزایش یافته و فرایند جوش خوردن تسریع شود وجود میکرو ونانو ساختارها در سطح قطعه موجب می شود سلول های اوستئوبلاس - استخوان - بهتر به سطح قطعه بچسبد که این موضوع در مراحل اولیه جوش خوردن استخوان اهمیت زیادی دارد.
6. موفقیتی دیگر در مسیر ترحیم استخوان های آسیب دیده به کمک فناوری نانو - ایجاد نانو کامپوزیت – پروتئین - برخی از خواص خواص مکانیکی و زیستی نانو کامپوزیت ها درمقایسه با نمونه های مشابه بهینه شده است. یعنی تولید و معرفی یک داربست استخوانی که عملکرد آن از نقطه نظرهای خواص مکانیکی ، زیست سازگاری، زیست فعالی و قابلیت بازسازی استخوان نسبت به نمونه های مشابه بهبود یافته است.
ساختار جدید قابلیت این را دارد که تعداد بسیار بیشتری از سلول های استخوانی را در حجم کم جای دهد بعلاوه که خواص مکانیکی داربستهای سنتی را نیز دارا است. برهمین اساس از کارایی بیشتری برایتولید بافت طبیعی استخوان برخوردار است. این داربست سه بعدی نانو کامپوزیتی متشکل از نانو ذرات استخوانی، طبیعی استخوانی، هیدروژل پروتئین و نانو الیاف پلیمری است در واقع نانو الیاف کامپوزیتی پلیمری نقش استحکام بخشی مکانیکی را ایفا کرده و هیدروژل پروتئینی خواص زیستی داربست را تأمین میکند
