ایمپلنت هوشمند، استخوان را ۱۸۵ درصد قوی‌تر از روش‌های سنتی استفاده می‌کند
به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، استخوان‌های شکسته اغلب به طور طبیعی با گذشت زمان، گچ گرفتن یا استفاده از بریس بهبود می‌یابند. اما وقتی شکستگی‌ها پیچیده یا شدید باشند، پزشکان به ایمپلنت یا دستگاه‌های جراحی متکی می‌شوند.
اکنون، محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا می‌گویند که یک داربست زیست‌تخریب‌پذیر ساخته‌اند که می‌تواند ضمن کاهش عوارض، روند بهبودی را تسریع کند.
این ایمپلنت جدید که CitraBoneQMg نام دارد، منیزیم و گلوتامین را با اسید سیتریک ترکیب می‌کند تا رشد مجدد استخوان را تحریک کند.
هوی شو، دانشجوی دکترا و نویسنده اول این مطالعه، گفت: «با ادغام منیزیم و گلوتامین - دو مولکول کوچک که به طور طبیعی در بدن و غذا یافت می‌شوند - با اسید سیتریک، دریافتیم که این مولکول‌ها با تشویق افزایش متابولیسم انرژی درون سلولی، برای تقویت رشد استخوان با هم همکاری می‌کنند.»
این داربست کاری بیش از جایگزینی بافت از دست رفته انجام می‌دهد. این داربست سیستم‌های انرژی سلولی را فعال می‌کند که سلول‌های بنیادی را به سمت تبدیل شدن به سلول‌های استخوانی سوق می‌دهد و منجر به رشد مجدد سریع‌تر و قوی‌تر می‌شود.
تامین انرژی استخوان‌ها
محققان CitraBoneQMg را با داربست‌های موجود که فقط از اسید سیتریک ساخته شده‌اند - که قبلاً توسط سازمان غذا و داروی ایالات متحده تأیید شده بودند - و با یک ایمپلنت سنتی از جنس استخوان مقایسه کردند.
افزودن منیزیم و گلوتامین بازی را تغییر داد. این مولکول‌ها دو مسیر کلیدی انرژی در سلول‌ها، AMPK و mTORC۱ را تنظیم می‌کنند. معمولاً این دو مانند الاکلنگ عمل می‌کنند، یکی بالا می‌رود و دیگری پایین می‌آید. اما در داربست جدید، آنها با هم کار کردند.
شو توضیح داد: «این داربست اساساً به سلول استخوانی نیرو می‌دهد: هر دو ماده مغذی در یک رابطه هم‌افزایی با اسید سیتریک عمل می‌کنند تا به سلول‌های بنیادی انرژی بیشتری برای رشد و تمایز به سلول‌های استخوانی بدهند و منجر به رشد مجدد بهتر استخوان شوند.
وقتی این روش روی موش‌های مبتلا به نقص استخوان جمجمه آزمایش شد، نتایج شگفت‌انگیز بود.
پس از ۱۲ هفته، CitraBoneQMg رشد استخوان را در مقایسه با داربست‌های اسید سیتریک ۵۶٪ و در مقایسه با ایمپلنت‌های سنتی ۱۸۵٪ افزایش داد.
فراتر از استخوان‌ها، بهبودی گسترده‌تر
مزایای این روش فراتر از ترمیم استخوان بود. سو یان، نویسنده‌ی همکار و استادیار پژوهشی، گفت: «این سه مولکول به عنوان یک دستورالعمل درمانی برای استخوان عمل می‌کنند و راه را برای شیوه‌ی جدیدی از تفکر در مورد ترمیم استخوان هموار می‌کنند.
یان افزود: «در کنار رشد سریع استخوان، ما همچنین شاهد بازسازی عصب و خواص ضدالتهابی در محل داربست بودیم، دو عنصری که برای بهبود طولانی‌مدت استخوان مهم هستند.
رساندن مستقیم مولکول‌ها به محل آسیب از طریق داربست، غلظت بالایی را در جایی که بیشترین نیاز به آن وجود داشت، تضمین می‌کرد. در مقابل، مکمل‌های خوراکی تنها در مقادیر کمی به استخوان می‌رسند.
این تیم همچنین یک مزیت تصویربرداری داخلی را کشف کرد. CitraBoneQMg دارای خواص فوتولومینسانس و فوتوآکوستیک است، به این معنی که می‌توان آن را با سونوگرافی در داخل بافت عمیق تشخیص داد. ژو گفت: «با خواص فوتوآکوستیک، CitraBoneQMg پتانسیل بالایی برای ردیابی درون‌تنی دارد.»
محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا معتقدند که داربست آنها می‌تواند نحوه‌ی رویکرد جراحان به ترمیم استخوان را در آینده از نو تعریف کند. کار آنها علم مواد را با زیست‌شناسی ترکیب می‌کند تا درمانی ایجاد کند که بدن را به ترمیم سریع‌تر خود ترغیب کند.
این تیم که با جراحان ارتوپد همکاری می‌کند، درخواست ثبت اختراع خود را در ایالات متحده ثبت کرده و یافته‌های خود را در Science Advances منتشر کرده است.
