In vitro apatite formation of calcium phosphate composite synthesized from fish bone
امروزه سرامیک های دارای کاربرد بیولوژیک (بیو سرامیک ها) از اقبال فراوانی برخوردار شده اند. نگاهی به روند پیشرفت بیو سرامیک ها از آغاز تاکنون ما را به این واقعیت میرساند که دهه پایانی قرن بیستم فرصتی ایده آل برای کاربرد بیوسرامیک ها در گستره متنوعی از کاربردهای پزشکی در جامعه پیشرفته قرن آینده بوده است. در همین راستا و در جهت دستیابی به یک سیمان کلسیم فسفات جدید با خواصی نظیر زیست سازگاری و زیست فعال بودن که در آن از مواد اولیه با منشا طبیعی استفاده شده است، تحقیق حاضر صورت گرفته است. هدف از این تحقیق، مشخصه یابی پودر تهیه شده از استخوان ماهی و در ادامه، مشخصه یابی و بررسی میزان زیست سازگاری و زیست فعالی سیمانی جدید بر پایه کلسیم فسفات به دست آمده از منبع طبیعی (استخوان ماهی) است.
مقدمه
سرامیک های کلسیم فسفاتی از دهه 1970 میلادی به عنوان داربست سنتزی در دندان پزشکی و از دهه1980 در ارتوپدی مورد استفاده قرار گرفته اند. همچنین از کلسیم‌فسفات‌ها براي ايجاد پوشش بر روی ایمپلنت‌های ارتوپدی و دندانی به روش پلاسما اسپری استفاده مي‌شود.
کلسیم‌فسفات‌ها در ساخت سیمان‌های کلسیم‌فسفاتی نیز به کار می‌روند. اين سيمان‌ها از قدمت چنداني در جهان برخوردار نمي‌باشند و عمر آنها كم‌تر از بيست سال است. این سیمان ها اولین بار در سال 1983 توسط آقایانChow و Brown اختراع شد. بعد از آن سیمان های کلسیم فسفاتی بسیاری با ترکیبات گوناگون مورد بررسی قرار گرفته اند و به مرحله تجاری رسیده اند.
این سیمان ها به دلیل برخورداری از ویژگی هایی مانند زیست فعالی، زیست جذب شوندگی، زیست سازگاری عالی، توانایی حمل دارو، تشویق استخوان سازی، قابلیت تزریق به موضع، شکل پذیربودن و زیست تخریب پذیری، در ترمیم های فک و صورت مورد توجه قرار گرفته اند. و در این زمینه برخی از سیستم های توسعه یافته ی سیمان به صورت محصول تجاری به بازار مهندسی پزشکی عرضه شده اند.
سیمان‌های استخوان کلسیم ‌فسفاتی از دو جزء پودر و مایع تشکیل شده‌اند که با یکدیگر مخلوط شده و خمیری به دست می‌آید که گيرش آن در دمای اتاق یا بدن با تشکیل یک رسوب شامل حداقل یک کلسیم ‌فسفات اتفاق مي‌افتد. قسمت پودري معمولاً از تركيباتي نظير تتراكلسيم فسفات، تري كلسيم فسفات، دي كلسيم فسفات دي هيدرات، هیدروکسی آپاتیت و …. تشكيل مي‌شود كه به نسبتي معين با فاز مايع مخلوط می شود.
 قسمت مایع آن نیز در ساده ترین حالت، آب مقطر است و می تواند محلول های رقیق اسیدی و ... نیز باشد که بسته به اهداف طراحی سیمان و حصول نتیجه مشخص، تغییر می کند. این سیمان‌ها با توجه به خصوصیات مطلوب ذکر شده، مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند و می‌توانند به شکل خمیری دستکاری شده در حفرات تو‌در‌توی استخوانی يا نقایص باريك دنداني، قالبگيري و تزریق شوند تا نقص استخوانی را پر کرده و به استخوان اسفنجی مجاور خود بچسبند.
واکنش سفت شدن و گیرش در سیمان های کلسیم فسفاتی مشابه سیمان های ساختمانی است. حل شدن فاز پودری در فاز مایع ادامه پیدا میکند تا زمانی که حالت فوق اشباع صورت گیرد که این امر رسوب گذاری مجدد ترکیبات کلسیم فسفاتی را القا کند. سفت شدن سیمان ها در طی گیر کردن و در هم قفل شدن کریستال های سوزنی شکل یا صفحه ای شکل رسوب کرده، رخ می دهد. محصولات گیرش ممکن است آپاتیتی یا غیرآپاتیتی باشند که سرانجام به آپاتیت استخوانی تبدیل می شوند. هیدروکسی آپاتیت استوکیومتریک سنتز شده، با نسبت اتمی کلسیم به فسفر 1/67 ، به علت تشابه به فاز معدنی استخوان به عنوان یک جایگزین مناسب برای بافت استخوانی معرفی شده است. وقتی این ماده در مجاورت استخوان سالم قرار می گیرد روی سطح آن استئوید مسیر مینرالی شدن را پشت سر گذاشته و استخوان جدید حاصله فرآیند نوسازی را دنبال می کند.
 هیدروکسی آپاتیت کاملا زیست سازگار است و از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا قسمت معدنی بافت استخوان را این ماده تشکیل داده است. هیدروکسی آپاتیت را هم می توان به روشهای مصنوعی تولید نمود و هم می-توان از منابع بیولوژیکی مانند پسماندهای استخوان ماهی، گاو، خوک، مرجان ها، پوسته تخم مرغ و ... بدست آورد. از آنجا که هرساله در دنیا 18تا 30 میلیون تن از پسماندهای استخوان ماهی هدر می رود، لذا میتوان از این منبع ارزان قیمت برای تولید این سیمان ها بهره برد.
از جمله مزیت های هیدروکسی آپاتیت تهیه شده از اسخوان های ماهی نسبت به نوع سنتز شده، می توان به شباهت ساختاری و زیست سازگاری بیشتر به فاز معدنی استخوان اشاره نمود. از این رو در این تحقیق از استخوان ماهی استفاده شده است.
بيوپليمرهايي نظير كيتوسان، سلولز، كلاژن و … كه تحقيقات وسيعي را در مهندسي پزشكي به خود معطوف كرده اند، از جمله موادي هستند كه جهت بهبود خواص به سيمان ها اضافه مي شوند. از دلايل اوليه انتخاب اين مواد به عنوان فاز ثانويه در كامپوزيت سيماني، زيست سازگاري خوب آن ها بوده است. در بین این مواد کیتوسان موضوع تحقیقات بیشماری بوده است. این ماده یک پلیمر زیست سازگار است که از منابع طبیعی استخراج می شود و با افزوده شدن به سیمان های کلسیم فسفاتی، موجب ارتقای خواص مکانیکی و زیستی آن ها می شود. در این تحقیق از کیتوسان جهت تولید سیمان کامپوزیتی استفاده شده است.
این سیمان های کامپوزیتی به سرعت در حال پيشرفت هستند و هر ساله محققان زيادي در این زمینه تحقیق می کنند. در ایران تاکنون چندین طرح توجیهی در زمینه ی تولید این سیمان ها تهیه شده است. اما هنوز شرکتی در زمینه تولید این بیومتریال اقدام موثری انجام نداده است. در داخل کشور پژوهشگران متعددی از آغاز دهه 80 شمسی در این زمینه مطالعاتی داشته اند، اما همچنان با توجه به نوظهور بودن این بیومتریال نیاز به تحقیقات بیشتر احساس میشود. دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه امیر کبیر پرچمدار تحقیق در این زمینه است و تاکنون چندین اختراع در این زمینه به ثبت رسیده است. از آن جمله میتوان به ساخت سيمان استخوان كلسيم فسفات با سرعت جذب بالا و جايگزيني سريع به وسيله بافت جديد جهت بازسازي نقاط آسيب ديده استخوان هاي جمجمه، سر و صورت در دانشكده مهندسي پزشكي دانشگاه صنعتي اميركبير که توسط دکتر سعید حصارکی ساخته شده است اشاره نمود.
 
دامنه تحقیق
در این تحقیق از استخوان ماهی تن برای سنتز هیدروکسی آپاتیت طبیعی به روش عملیات حرارتی (آنیلینگ) استفاده گردید. در فاز اول تحقیقات، هدف بررسی دمای آنیلینیگ بر مشخصات ساختاری و مورفولوژی کلسیم فسفات (هیدروکسی آپاتیت) به دست آمده بود. ریزساختار کلسیم فسفات تهیه شده با عملیات حرارتی (آنیلینگ) استخوان ماهی در دو دمای 600 و 900 درجه سانتیگراد مورد ارزیابی قرار گرفت که نتایج حاصل از آزمون های مختلف نشان داد هیدروکسی آپاتیت بدست آمده تا حد زیادی مشخصات هیدروکسی آپاتیت با کاربرد های کلینیکی را دارا می باشد. نتایج تفرق سنجی اشعه ایکس نشان داد که فاز حاصل هیدروکسی آپاتیت طبیعی است و هیچ فاز ثانویه ای تشکیل نشده است و هیدروکسی آپاتیت آنیل شده در دمای 900 درجه ی سانتیگراد از درجه ی بلورینگی بالاتری برخوردار است.
در فاز دوم تحقیق، با مشارکت هیدروکسی آپاتیت بدست آمده از استخوان ماهی و دی کلسیم فسفات دی هیدرات به عنوان بخش پودری سیمان و محلول کیتوسان به عنوان بخش مایع سیمان، بعد از تهیه نمونه های سیمانی، رفتار زیست فعالی سیمان کامپوزیتی کلسیم فسفات جدید در محلول شبیه سازی شده ی بدن مورد مطالعه قرار گرفت. به این منظور نمونه های سیمانی در دوره های مختلف در محلول شبیه بدن غوطه ور میگردند. بعد از غوطه وری نمونه های سیمان در محلول شبیه سازی شده ی بدن، توانایی اتصال استخوانی و تشکیل پوشش سطحی هیدروکسی آپاتیت بیومیمتیک روی سطح سیمان کلسیم فسفات به وسیله ی مطالعات اشعه ی ایکس، طیف سنجی مادون قرمز انتقال فوریه و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد تایید قرار گرفت.
نتایج آنالیز نشان داد که لایه ی آپاتیتی گلبرگی شکل (گروه900) و سوزنی شکل (گروه600) با اندازه ی بلورینگی در حدود 100نانومتر بعد از 28روز روی سطح سیمان ها رشد کرده است. زیست فعالی و مورفولوژی نهایی سیمان های بدست آمده بعد از غوطه وری، مستقیما به درجه ی بلورینگی هیدروکسی آپاتیت طبیعی تهیه شده از استخوان ماهی بستگی دارد و درجه بلورینگی هیدروکسی آپاتیت طبیعی نیز به دمای عملیات حرارتی بستگی دارد.
به عنوان جمع بندی نهایی میتوان گفت: سیمان کامپوزیتی جدید، با تشکیل لایه آپاتیتی بر روی سطح خود، زیست فعال بودن این بیو متریال را تایید کرده است. همچنین نتایج آنالیز ها نشان داد که این سیمان زیست تخریب پذیر است و بمرور زمان در داخل بدن توانایی از بین رفتن و در مقابل تشویق استخوان سازی دارد. درجه بلورینگی و ریخت شناسی لایه آپاتیتی تشکیل شده بر سطح سیمان ها هم کاملا به دمای عملیات حرارتی اولیه پودر ماهی بستگی دارد.
نویسنده :  مرتضی اسداله زاده تنسوان    |    فایل PDF :   In vitro apatite formation of calcium phosphate composite synthesized from fish bone    |    1398/5/5


نام و نام خانوادگی :
ایمیل :
* متن کامنت :
 

خانه چاپ ارسال به دوستان نسخه متنی کوچک کردن متن بزرگ کردن متن دانلود خروجی پی دی اف خروجی میکروسافت ورد
5.5/10 (تعداد آرا 10 نفر )