نجح الباحثون في تجديد جماجم تالفة في الفئران عن طريق إنشاء سقالة محاكاة حيوية قائمة بذاتها تجمع بين إطار كهرضغطية وخصائص تعزيز النمو للمعادن الطبيعية. هذا النوع الجديد من "ضمادات العظام" له آفاق تطبيق واسعة في تجديد العظام والطب التجديدي.
تولد المواد الكهرضغطية شحنات كهربائية عند تطبيق الضغط الميكانيكي. العظم عبارة عن مادة كهرضغطية. نظرًا لأن العظام تحتوي على بيئة كهربائية دقيقة، فإن الإشارات الكهربائية تلعب دورًا مهمًا في عملية إصلاح العظام ويمكن أن تعزز تجديد العظام بشكل فعال. ومع ذلك، فإن تجديد العظام عملية معقدة تعتمد على مكونات ميكانيكية وكهربائية وبيولوجية.
استراتيجيات تجديد العظام الحالية، مثل الطعوم أو السقالات التي تطلق عامل النمو، لها حدودها، مثل مضاعفات موقع المتبرع، ومحدودية التوافر، والتكلفة العالية. الآن، طور الباحثون في المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) طريقة رائدة لتجديد العظام تجمع بين الكهرباء الضغطية ومعدن موجود بشكل طبيعي في العظام.
هيدروكسيباتيت (HAp) هو معدن موجود في العظام والأسنان ويلعب دورًا في قوة بنية العظام وتجديدها. غالبًا ما يتم إضافته إلى معجون الأسنان لإعادة تمعدن مينا الأسنان وتقوية الأسنان. لقد وجدت الدراسات أن HAp يمكن أن يعزز تكوين العظم (تكوين العظام) ويوفر سقالة لنمو العظام الجديد. كما أنها تتمتع بخصائص كهرضغطية وسطح خشن، مما يجعلها مادة مثالية لصنع سقالات نمو العظام.
لذلك، قام الباحثون بتصنيع سقالة محاكاة حيوية قائمة بذاتها تدمج HAp في إطار كهروضغطي لفيلم بوليمر، بولي فينيلدين فلوريد ثلاثي فلورو إيثيلين (P(VDF-TrFE)). تولد هذه الدعامة المستقلة إشارة كهربائية عند تطبيق الضغط، مما يجعل هذا النهج مختلفًا عن الدراسات السابقة التي تجمع بين HAp وP(VDF-TrFE)، والتي كانت مقتصرة على الطلاءات على الأطراف الاصطناعية المعدنية. ويقولون إن النهج الجديد للباحثين يوفر منصة متعددة الاستخدامات لتجديد العظام تتجاوز التطبيقات السطحية.
وجدت مقارنة في المختبر للسقالات مع أو بدون HAp أن معدلات ارتباط الخلايا على سقالات HAp كانت أعلى بنسبة 10٪ إلى 15٪. بعد خمسة أيام من زراعة الخلايا، زاد معدل تكاثر الخلايا على سقالة HAp بنسبة 20% إلى 30%، وزاد مستوى تكوين العظم بحوالي 30% إلى 40%. تظهر النتائج أن HAp يزيد من الخصائص الكهرضغطية للسقالة ويخلق بيئة مشابهة للمصفوفة خارج الخلية البشرية، وهو المكون غير الخلوي لجميع الأنسجة الذي يوفر البنية الفيزيائية الأساسية والإشارات المهمة اللازمة لتجديد الأنسجة.
بعد ذلك، اختبر الباحثون سقالة HAp/P(VDF-TrFE) على الفئران، ووضعوها فوق عيوب في جماجم الحيوانات (عظام الساق السفلية). استمرت الدعامة ستة أسابيع دون تشوه. نجت جميع الفئران. لم يلاحظ أي آثار سلبية، بما في ذلك الالتهابات أو التفاعلات الالتهابية. بعد أسبوعين وأربعة وستة أسابيع من عملية الزرع، تم تعزيز قدرة تجديد العظام لدى الفئران المجهزة بسقالات HAp بشكل ملحوظ مقارنة بالمجموعة الضابطة دون تكوين العظام.
قال سيونغبوم هونغ، أحد مؤلفي الدراسة: "لقد طورنا مادة مركبة كهرضغطية قائمة على HAp يمكنها تسريع عملية تجديد العظام مثل "ضمادة العظام". لا يقترح هذا البحث اتجاهًا جديدًا لتصميم المواد الحيوية فحسب، بل له أيضًا أهمية كبيرة في استكشاف تأثيرات الكهرضغطية وخصائص السطح على تجديد العظام."
تم نشر البحث في مجلة ACS Applied Materials and Interfaces.