استفاده از الکتریسیته‌ی طبیعی استخوان برای تقویب بازسازی

 | تاریخ ارسال: ۱۳۹۸/۱۲/۱۳ | 
استفاده از الکتریسیته ­ی طبیعی استخوان برای تقویب بازسازی

براساس مقاله ­ای مروری در ژورنالScience and Technology of Advanced Material ، برخی از مواد توانایی تقویت ترمیم استخوان را با افزایش خواص الکتریکی طبیعی آن نشان می­ دهند.
بعضی جامدها از جمله استخوان، مینا و کوارتز، هنگام تغییر شکل میدان الکتریکی تشکیل می­دهند. این خاصیت که اثر پیزو الکتریک نامیده می­شود، هنگامی اتفاق می­افتد که یک نیروی مکانیکی اتم­ ها را به هم نزدیک­تر یا دورتر کند، تعادل الکتریکی را بر هم بزند و باعث ظاهر شدن بارهای مثبت و منفی در طرف­ های مقابل یک ماده شود.
پژوهشگران در سال 1957 کشف کردند که استخوان یک ماده پیزوالکتریک است. از آن زمان، آن­ها دریافتند که پیزو الکتریسیته هنگامی رخ می­دهد که فیبرهای کلاژن استخوانی بر روی یکدیگر بلغزد. این منجر به تجمع بارها و تولید جریان کوچکی می­شود که کانال­های یون کلسیم را در سلول ­های استخوانی به نام استئوسیت­ ها باز می­کند. این باعث آبشار مسیرهای سیگنالینگ می­شود که در نهایت باعث تشکیل استخوان می­شوند.
مهندس پزشکی ژونگ هونگ لینگ از دانشگاه ملی تسینگ هوا تایوان و پزشک فو چنگ کاو از بیمارستان یادبود چانگ گونگ تایوان که مقاله را نوشته­ اند، توضیح دادند: "پیزوالکتریسیته یکی از چندین پاسخ مکانیکی ماتریس استخوان است که سلول­ های استخوانی را قادر می سازد نسبت به تغییرات در محیط خود واکنش نشان دهند."
پژوهشگران به دنبال بهره‌گیری از این خاصیت برای بهبود بازسازی و ترمیم استخوان هستند. به عنوان مثال، آن­ها در حال جست و جوی موادی برای تولید ژنراتورهای الکتریکی کوچک و خودران هستند که می­توانند در داخل یا خارج از استخوان کاشته شوند تا فرآیندهای بهبود طبیعی آن را تحریک کنند.
بعضی تیم­ها هنگام استفاده از یک نانو ژنراتور تریبو الکتریک به طور قابل توجهی تکثیر و تمایز سلول­های تشکیل دهنده استخوان جنینی موش را تسریع کرده ­اند. جریان الکتریکی هنگامی ایجاد می شود که دو ماده از هم جدا شده و دوباره به تماس بازگردند. این نانو ژنراتورها با موادی از قبیل پلی متیل آمیلوکسان، اکسید ایندیوم قلع، آلومینیوم و پلی تترا فلورو اتیلن آزمایش شده ­اند. آن­ها پتانسیل خود را برای درمان پوکی استخوان و شکستگی­ های مربوط به پوکی استخوان نشان می­دهند.
از طرف دیگر نانو ژنراتورهای پیزوالکتریک با اتصال یک الکترود به یک ماده­ ی پیزوالکتریک روی بستری انعطاف ­پذیر ساخته می­شوند و در هنگام اعمال نیرو جریان ایجاد می­کنند. همچنین نشان داده شده ­است که این نانو ژنراتورها باعث تقویت سلول­ های تشکیل دهنده­ ی استخوان انسان می­شوند.
علاوه بر نانو ژنراتورها، پلیمرهای پیزو الکتریک، که زیست سازگاری خوبی با بافت­ های انسانی دارند به عنوان پیچ ­ها و پین ­های قابل جذب در شکستگی ­های استخوانی شدید وعده داده می­ شوند که از جراحی دوم برای از خارج کردن آ نها جلوگیری می­شود
سرامیک­ های پیزوالکتریک جریان الکتریکی قوی­ تری را نسبت به پلیمرها فراهم می­ کنند اما می­توانند سمی باشند. سرامیک ­های بدون سرب مانند تیتانات باریم، هیدروکسی آپاتیت و اکسید روی، کاندیداهای اصلی داربست­ های استخوانی هستند که باعث رشد و ترمیم استخوان­ ها و جایگزین استخوان مصنوعی می­شوند.
لین و همکارانش انتظار دارند که پژوهش­ های بیشتر به کاربردهای مبتنی بر پیزو الکتریک برای مهندسی بافت و بازسازی استخوان منجر شود.
 
گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
منبع:
https://nano-magazine.com/news/2020/2/4/using-bones-natural-electricity-to-promote-regeneration