طور باحثون من معهد بايكوف لعلم المعادن وعلوم المواد التابع للأكاديمية الروسية للعلوم طلاء جديدا للزرعات الطبية قد يسهم في تحسين ثباتها داخل الجسم وزيادة عمرها التشغيلي، مع تعزيز توافقها الحيوي مع أنسجة العظام.
ويأمل الباحثون أن يمهد هذا الابتكار لتطوير جيل جديد من زرعات العظام المستخدمة في جراحات العظام والإصابات، بما يقلل احتمالات فشل الزرعات والحاجة إلى عمليات جراحية متكررة.
مشكلة تواجه زرعات العظام الحالية
طلاء جديد لزرعات العظام ( مصدر الصورة: معهد بايكوف )
يوضح الباحثون أن أحد أكبر التحديات في تصميم الزرعات الطبية يتمثل في اختلاف صلابة الزرعة عن صلابة العظام الطبيعية.
فعندما تكون الزرعة أكثر صلابة بكثير من العظم، تتحمل معظم الأحمال الميكانيكية بدلا من العظام المحيطة، مما يؤدي مع مرور الوقت إلى ضعف النسيج العظمي، وقد يضطر المريض إلى الخضوع لجراحة جديدة لاستبدال الزرعة.
سبيكة تيتانيوم أقرب إلى طبيعة العظام
لمعالجة هذه المشكلة، استخدم الفريق البحثي سبيكة خاصة من التيتانيوم من نوع بيتا (β-Titanium Alloy)، تتميز بأن صلابتها أقرب إلى صلابة العظام مقارنة بالمواد التقليدية المستخدمة في الزرعات.
ولتحسين خصائصها، أضاف الباحثون طبقات رقيقة للغاية من:
التيتانيوم.
التنتالوم.
مزيج من التيتانيوم والتنتالوم.
وتبلغ سماكة هذه الطبقات أقل من واحد على ألف من المليمتر، لذلك لا تؤثر في الخصائص الميكانيكية الأساسية للسبيكة.
أفضل النتائج مع مزيج التيتانيوم والتنتالوم
أظهرت الاختبارات أن الطلاء المكون من مزيج التيتانيوم والتنتالوم حقق أفضل أداء مقارنة بالخيارات الأخرى.
فقد تميز بما يلي:
ثبات أقوى على سطح الزرعة.
توافق أفضل مع المادة الأساسية.
تحسين خصائص سطح الزرعة دون التأثير في بنيتها الداخلية.
توافق حيوي مرتفع مع خلايا الإنسان
أجريت اختبارات بيولوجية لتقييم سلامة المادة الجديدة، وأظهرت النتائج أن خلايا الإنسان التصقت بالسطح بسهولة.
كما بلغت نسبة بقاء الخلايا أكثر من 90%، ولم يرصد الباحثون أي تأثيرات سامة، وهو ما يشير إلى أن الطلاء يتمتع بدرجة عالية من التوافق الحيوي، وهي خاصية أساسية لنجاح الزرعات الطبية داخل الجسم.
مراحل البحث المقبلة
قالت ماريا سودارتشيكوفا، رئيسة مجلس العلماء الشباب في معهد بايكوف والباحثة في المختبر رقم 10، إن النتائج الحالية تمثل مرحلة مهمة، لكنها ليست سوى خطوة ضمن مشروع بحثي أوسع.
وأضافت أن الدراسة أثبتت إمكانية التحكم بدقة في خصائص سطح سبائك التيتانيوم الطبية من خلال تعديل تركيبة الطلاء، دون التأثير في خصائص المادة الأساسية.
وأوضحت أن المرحلة المقبلة ستشمل إجراء اختبارات ميكانيكية وبيولوجية أكثر تعمقا، إلى جانب تجارب مخبرية طويلة الأمد، بهدف تهيئة المادة للاستخدام السريري مستقبلا.
آفاق واعدة في جراحات العظام
يرى الباحثون أن هذا الابتكار قد يسهم مستقبلا في إنتاج زرعات طبية أكثر متانة وأفضل اندماجا مع العظام، مما يساعد على إطالة عمر الزرعات وتقليل احتمالات فشلها أو الحاجة إلى استبدالها، وهو ما قد ينعكس إيجابا على علاج مرضى جراحات العظام والإصابات.