| تاریخ ارسال: 1398/12/13 |
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
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