لم تعد الغرسات المصنوعة من التيتانيوم التي تطرد البكتيريا وتجذب الخلايا العظمية مجرد فكرة خيالية، بل أصبحت محور تقنية يطورها علماء روس بالتعاون مع باحثين من بيلاروسيا.
ويوضح الباحثون كيف يمكن لشحنة كهربائية ضعيفة أن تساعد على تحسين اندماج الغرسات مع العظام، وربما تقلل الحاجة إلى عمليات جراحية جديدة.
وعلى الرغم من التقدم الكبير الذي حققته جراحة الإصابات واستبدال المفاصل، لا تزال مشكلة عدم اندماج الغرسات مع العظام تمثل تحديا طبيا مهما.
وقالت إيكاترينا كوماروفا، الباحثة العلمية في معهد في. إي. بانين لفيزياء المتانة وعلوم المواد التابع لفرع سيبيريا في الأكاديمية الروسية للعلوم، والحاصلة على درجة مرشح في العلوم التقنية، إن العيادات الرائدة تسجل حالات فشل اندماج الغرسات بنسب تتراوح بين 10% و30%.
وتتمثل إحدى أهم المشكلات في العدوى البكتيرية التي تسبب التهابا مزمنا، وتعيق التحام الغرسة بالعظم المحيط بها.
كيف تساعد الشحنة الكهربائية على مقاومة البكتيريا؟
غرسات التيتانيوم ( مصدر الصور: Наука Mail )
وجد الباحثون حلا محتملا في الخصائص الكهروستاتيكية للمواد.
فالخلايا بانية العظم، المعروفة باسم الخلايا العظمية البانية (Osteoblasts)، تحمل شحنة موجبة، بينما تحمل البكتيريا شحنة سالبة، وفقا للتفسير الذي عرضه فريق البحث.
واستنادا إلى هذه الفكرة، يمكن منح سطح الغرسة شحنة سالبة بهدف صد الميكروبات وجذب الخلايا التي يحتاج إليها الجسم لتكوين النسيج العظمي.
ويعمل على تطوير هذه التقنية علماء من معهد في. إي. بانين لفيزياء المتانة وعلوم المواد التابع لفرع سيبيريا في الأكاديمية الروسية للعلوم، بالتعاون مع زملائهم في الجامعة التقنية الوطنية البيلاروسية.
مرحلتان لتصنيع الطلاء الحيوي
تتضمن عملية تصنيع الطلاء مرحلتين أساسيتين.
المرحلة الأولى: إنشاء الهيكل المصنوع من التيتانيوم
يستخدم الباحثون تقنيات التصنيع بالإضافة، المعروفة أيضا بالطباعة ثلاثية الأبعاد، لتشكيل هيكل من التيتانيوم يسمى «السقالة» أو الهيكل الداعم، ويشكل القاعدة التي ستُطبق عليها المعالجة اللاحقة.
المرحلة الثانية: الأكسدة بالقوس المجهري
بعد ذلك، يستخدم العلماء تقنية تعرف باسم الأكسدة بالقوس المجهري.
وأوضح ألكسندر كاشين، الحاصل على درجة مرشح في العلوم التقنية، أن هيكل التيتانيوم يوضع في حوض يحتوي على محلول إلكتروليتي، حيث تؤدي المجالات الكهربائية إلى حدوث تفريغات قوسية مجهرية على سطح المعدن.
وتؤدي هذه التفريغات إلى تكوين طبقة مسامية وخشنة تشبه في بنيتها سطح العظم الطبيعي، ما يوفر خصائص سطحية قد تساعد على تحسين التفاعل بين الغرسة والأنسجة المحيطة بها.
مصدر الصورة التوضيحية: المكتب الإعلامي للمركز العلمي في تومسك التابع لفرع سيبيريا في الأكاديمية الروسية للعلوم.
الشحنة الكهربائية تبقى لأكثر من ستة أشهر
تتراوح مدة المعالجة بين خمس دقائق وساعة واحدة، بحسب حجم الغرسة.
وأظهرت القياسات التي أجريت في بيلاروسيا أن الطلاءات الناتجة تعمل بوصفها مواد عازلة كهربائية إلكتريتية، أي إنها قادرة على الاحتفاظ بشحنة كهربائية شبه ثابتة لفترات طويلة.
ووفقا للباحثين، تستطيع هذه الطلاءات الاحتفاظ بالشحنة الساكنة لأكثر من ستة أشهر، ما قد يتيح لها التأثير في سلوك الخلايا لفترة ممتدة.
ولمراقبة الخصائص الكهربائية للطلاءات، يعمل باحثون في الجامعة التقنية الوطنية البيلاروسية، بقيادة البروفيسور أناتولي جارِين، على تطوير أجهزة قياس تعتمد على مسبار كلفن، الذي يستخدم لدراسة الخصائص الكهربائية للأسطح وقياس فروق الجهد.
طلاءات مستقبلية تولد الشحنة من الحركة
يشارك في المشروع أيضا علماء من الجامعة الطبية الحكومية في سيبيريا، ومعهد المشكلات الرياضية لعلم الأحياء التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، وجامعة تومسك للفنون التطبيقية.
وتشمل الخطط المستقبلية تطوير طلاءات كهرضغطية تعتمد على ثاني أكسيد الباريوم، بحيث تتمكن من توليد شحنة كهربائية استجابة للأحمال الميكانيكية الواقعة عليها.
وقد تفتح هذه التقنية آفاقا جديدة للتحكم في التفاعل بين الغرسة وجسم الإنسان، من خلال الاستفادة من القوى الميكانيكية التي تتعرض لها الغرسة أثناء الاستخدام.
ومع ذلك، فإن النتائج المعلنة تتعلق بتطوير المادة وخصائصها، ولا تعني وحدها أن الطلاء أثبت بالفعل قدرته على منع العدوى أو تحسين نتائج الغرسات لدى المرضى. ويتطلب تأكيد هذه الفوائد إجراء اختبارات بيولوجية وسريرية مناسبة.