مادة حيوية للطباعة ثلاثية الأبعاد للعظام

نجح المهندسون في تطوير حبر للطابعة ثلاثية الأبعاد يتيح إنتاج غرسات العظام الاصطناعية التي تشجع على إعادة نمو وتطور خلايا العظام. هذه المادة العظمية، التي يمكن تعديل بنيتها بسهولة، يمكن أن تكون مفيدة يومًا ما لعلاج عيوب العظام لدى الأطفال، على سبيل المثال.

[ترجمة د.نحماني موشيه]
نجح المهندسون في تطوير حبر للطابعة ثلاثية الأبعاد يتيح إنتاج غرسات العظام الاصطناعية التي تشجع على إعادة نمو وتطور خلايا العظام. هذه المادة العظمية، التي يمكن تعديل بنيتها بسهولة، يمكن أن تكون مفيدة يومًا ما لعلاج عيوب العظام لدى الأطفال، على سبيل المثال.
نجح مهندسون من جامعة نورث وسترن في تطوير حبر طابعة ثلاثي الأبعاد يتيح إنتاج غرسات العظام الاصطناعية التي تشجع على إعادة نمو وتطور خلايا العظام. إن جراحة ترقيع العظام ليست جراحة بسيطة على الإطلاق، فهي مؤلمة ومعقدة خاصة عندما يتم إجراؤها عند الأطفال. بالنسبة للأطفال والبالغين على حد سواء، غالبًا ما يتم أخذ العظم المزروع المخصص لتعويض العظم المفقود من منطقة أخرى من الجسم، وهي ضرورة قد تسبب مضاعفات وألمًا في أماكن أخرى من الجسم. غالبًا ما يتم استخدام الغرسات المعدنية، لكن هذا الحل ليس حلاً دائمًا لنمو الأطفال. وقال الباحث الرئيسي راميل ن. شاه: "البالغون لديهم خيارات أكثر فيما يتعلق بالزرعات". "عندما يكون المرضى أطفالا، فهذا ليس هو الحال. إذا تم اختيار زراعة دائمة، فيجب إجراء عمليات جراحية إضافية في المستقبل مع تقدم السن ونمو الجسم. وفي هذه الحالات، قد يواجه الأطفال سنوات من الصعوبات والألم".

أرادت الباحثة وفريقها البحثي تغيير طبيعة زراعة العظام، وخاصة مساعدة الأطفال المرضى. ونشرت الدراسة الجديدة، التي تبحث في فعالية المادة في إطار خلايا اللمس البشرية وكذلك في نماذج EB، في المجلة العلمية Science Translational Medicine. المادة المبتكرة لفريق البحث هي مادة حيوية تتكون من خليط من الهيدروكسيباتيت (ملح الكالسيوم الموجود بشكل طبيعي في عظام الإنسان) والبوليمر القابل للتحلل الحيوي المناسب للجسم والذي يستخدم في العديد من التطبيقات الطبية، بما في ذلك الغرز. أظهرت المادة الجديدة أداءً جيدًا في نماذج BH في الأنظمة الحية، حيث يكمن نجاحها في السمات الفريدة للبنية المطبوعة بها. يوضح الباحث الرئيسي: "المسامية عامل مهم للغاية عندما يتعلق الأمر بتجديد الأنسجة، لأننا نريد أن تتغلغل الخلايا والأوعية الدموية في السقالات وتنمو هناك". "يحتوي هيكلنا ثلاثي الأبعاد على مستويات متفاوتة من المسامية، وهي ميزة كبيرة من حيث الخصائص الفيزيائية والبيولوجية."

على الرغم من أنه قد ثبت بالفعل أن الهيدروكسيباتيت ينجح في تحفيز تجديد العظام، إلا أن العمل به أمر صعب للغاية. المنتجات السريرية المعتمدة على الهيدروكسيباتيت أو المواد الخزفية الأخرى المكونة من فوسفات الكالسيوم تكون صلبة وهشة. وللتعويض عن ذلك، استخدمت الدراسات السابقة هياكل مكونة بشكل رئيسي من البوليمرات، ولكن طبقة البوليمر هذه تحجب نشاط المادة الحيوية. ومع ذلك، تتكون المادة الجديدة من 90% من الهيدروكسيباتيت و10% فقط من البوليمر، مع الحفاظ على مرونتها بفضل تصميم الهيكل وطريقة طباعته. التركيز العالي للهيدروكسيباتيت يخلق بيئة مواتية للحث السريع على تجديد العظام.
يوضح الباحث: "يمكن للخلايا أن تستشعر وجود مادة الهيدروكسيباتيت وتتفاعل معها". "عندما يتم وضع الخلايا الجذعية على السقالات التي أنشأناها، فإنها سرعان ما تصبح خلايا عظمية وتبدأ في تنظيم الجينات المحددة المسؤولة عن تكوين خلايا العظام. وذلك دون إضافة مواد أخرى تشجع نمو العظام. ويتم الحصول على هذه النتيجة بفضل التفاعل بين الخلايا والمادة نفسها فقط." وهناك ميزة أخرى تكمن في إمكانية دمج مواد أخرى في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. ونظرًا لأن عملية الطباعة تتم في درجة حرارة الغرفة، فقد تمكن الباحثون من دمج مواد أخرى، مثل مواد المضادات الحيوية، في الحبر نفسه. يوضح الباحث: "إن الجمع بين مواد المضادات الحيوية مهم لمنع العدوى المحتملة أثناء إدخال الزرعة نفسها". بالإضافة إلى ذلك، سيتمكن الباحثون من الجمع بين مواد إضافية مثل عوامل النمو لتشجيع نمو أكثر كفاءة وأسرع للخلايا العظمية. ويشير الباحث إلى أن "مادتنا الجديدة متعددة الوظائف حقًا".
وبعد كل ما سبق، فإن إحدى أكبر المزايا هي القدرة على تعديل المنتج النهائي ليناسب المريض شخصيًا. في جراحات ترقيع العظام العادية، يحتاج العظم - بعد أخذه من جزء آخر من الجسم - إلى الخضوع لتغييرات وإصلاحات هيكلية بحيث يتناسب تمامًا مع المنطقة الجراحية. الآن، باستخدام المادة الاصطناعية الجديدة، سيقوم الأطباء ببساطة بمسح جسم المريض وطباعة الجزء المفقود بدقة ثلاثية الأبعاد. وبدلاً من ذلك، وبفضل خصائصها الميكانيكية، سيكون من الممكن قطع المادة الحيوية النهائية إلى الشكل والحجم المطلوبين خلال الإجراء نفسه. هذه الطريقة ليست أسرع فحسب، بل تمنع أيضًا الألم المرتبط بإزالة أجزاء العظام من الجسم. ويتوقع الباحث أن تتمكن المستشفيات في المستقبل من طباعة الجزء المفقود وتكييفه بدقة مع المريض الذي يجري العملية الجراحية له، أثناء انتظاره في الطابور.

أخبار الدراسة

ملخص المقال