درمان عفونت‌های استخوانی با استفاده از چاپ سه بعدی امکان پذیر شد

به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از ادونس ساینس نیوز، این زیست ماده می‌تواند با شناسایی عوامل بیماری زا، ترکیبات ضد باکتریایی را آزاد کرده و به احیای روند بهبودی طبیعی کمک کند.

وقوع آسیب دیدگی‌ها یا انجام جراحی ها، می‌تواند موجب آلوده شدن خون به باکتری‌های مضر شود. اگرچه آنتی بیوتیک‌ها معمولا این عفونت‌ها را درمان می‌کنند، اما اغلب نمی‌توانند تمام عوامل بیماری زا را به طور کامل از بین ببرند، از این رو عفونت دوباره ظاهر شده و مانع از ترمیم بافت استخوانی آسیب دیده می‌شود.

محققان می‌گویند نقایص ناشی از عفونت استخوان یکی از پایدارترین و مخرب‌ترین مشکلات در کلینیک‌های ارتوپدی است.

پژوهشگران دانشگاه پزشکی شانگهای چین در صدد توسعه درمانی جدیدی برآمده اند که می‌تواند باکتری‌ها را از کشتن و آسیب رساندن به سلول‌های بنیادی موجود در مغز استخوان که مسئول ترمیم استخوان‌ها هستند، باز دارد. آنها باکتری استافیلوکوکوس اورئوس، که شایع‌ترین پاتوژن دخیل در بروز عفونت استخوان در سراسر جهان است، را بررسی کردند.

یکی از دلایل دشواری درمان استافیلوکوکوس اورئوس این است که می‌تواند با پنهان شدن در داخل سلول‌های بنیادی استخوان، از آنتی بیوتیک‌ها فرار کند. با این حال، سازوکار دقیقی که برای از بین بردن این سلول‌ها استفاده می‌کند، تا به حال ناشناخته مانده بود.

اکنون پژوهشگران دریافته اند استافیلوکوکوس اورئوس از طریق فرآیندی به نام «فروپتوزیس» - نوعی «مرگ برنامه ریزی شده سلولی» که در آن سطوح آهن در داخل سلول افزایش می‌یابد و به سلول دستور می‌دهد تا خود را بکشد- سلول‌های استخوانی را آلوده کرده و از بین می‌برد.

آنها معتقدند: «این یافته‌ها نشان می‌دهد هدف قرار دادن فروپتوزیس ناشی از باکتری می‌تواند به طور قابل توجهی بازسازی استخوان را در بیماری‌های عفونی استخوانی افزایش دهد».

بر اساس این نتایج، دانشمندان یک ماده زیستی طراحی کردند که می‌تواند به طور همزمان فروپتوزیس را مسدود کرده و رشد بافت استخوانی جدید را تقویت کند. آنها کار خود را با چاپ سه بعدی یک داربست از جنس شیشه زیست تخریب پذیر برای رشد سلول‌های بنیادی استخوانی شروع کردند.

این نوع ماده ساختار متخلخلی شبیه به استخوان‌های ما دارد که پایه‌ای برای رشد سلول‌های استخوانی و ایجاد استخوان جدید فراهم می‌کند. وقتی سلول‌ها جایگزین زیست شیشه‌ها شدند و ساختار استخوان را بازسازی کردند، این ماده مواد شیمیایی آزاد می‌کند که برای روند بهبودی مفید است.

پیوند‌های (گرافت) استخوانی با چاپ سه بعدی مشابه ساخته شده از شیشه زیست فعال قبلا توسط سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA) تأیید شده و در بهبود شکستگی‌های استخوان موفقیت بوده است. با این حال، این ماده به تنهایی قادر به پاکسازی کامل عفونت‌های استخوانی نیست.

برای مقابله با عفونت‌های باکتریایی، محققان داربست شیشه‌ای زیستی را با یک ماده ژل مانند که حاوی یک ترکیب ضد باکتری و ماده دیگری که فروپتوز را مسدود می‌کند، بارگذاری کردند. 

این ژل به گونه‌ای طراحی شده است که این ترکیبات را نگه می‌دارد و تنها زمانی که باکتری‌ها وجود داشته باشند آنها را آزاد می‌کند و این به لطف واکنش با مواد شیمیایی تولید شده توسط باکتری‌ها صورت خواهد گرفت. این به گرافت چاپ سه بعدی شده اجازه می‌دهد فقط در صورت نیاز فعال شود و این اثرات را در طول چند هفته حفظ کند.

محققان اظهار کردند: داربست‌های استخوان مصنوعی پُر شده با ترکیبات ضد باکتریایی و فاکتور‌های فعال زیستی، به کانونی در پیشرفت مواد ارتوپدی تبدیل شده اند. با این حال، این داربست‌ها اغلب سازوکا‌هایی برای انتشار پاسخگو و پایدار عوامل زیست فعال ندارند.»

هنگام آزمایش این گرافت‌ها روی موش، دانشمندان دریافتند که میزان باکتری در استخوان پس از روز سوم شروع به کاهش کرد و پس از یک هفته غیرقابل تشخیص شد. زیست ماده پس از دو هفته به طور کامل تجزیه شد و بافت استخوانی پس از شش هفته شروع به بهبود کرد.

در مقایسه، آن دسته از موش‌هایی که گرافت متشکل از همان داربست چاپ سه بعدی دریافت کردند، اما بدون ترکیبات ضد باکتری و ضد فروپتوزیس، کاهش میزان باکتری را نشان نداده و بهبودی استخوان در آنها مشاهده نشد.

این تحقیق مسیر جدیدی را برای درمان عفونت‌های استخوانی در زمانی که آنتی بیوتیک‌ها موثر نیستند باز می‌کند. روزی فرا خواهد رسید که بیماران مبتلا به عفونت‌های استخوانی مزمن یا شدید می‌توانند تحت عمل جراحی قرار گرفته تا این داربست چاپ سه بعدی را دریافت کنند تا عفونت را از بین برده و به بدن خود کمک کنند تا روند طبیعی ترمیم را طی کند.

با این حال، قبل از اینکه بتوان این فناوری را در یک محیط بالینی قرار داد، باید تحقیقات بیشتری از جمله آزمایش‌های سم شناسی برای اطمینان از ایمن بودن این مواد برای انسان، انجام شود.

نتایج این تحقیقات در نشریه Advanced Science منتشر شده است.