تولید استخوان مصنوعی از چوب

گروهی از محققان ایتالیایی از مدت‌ها پیش به این نتیجه رسیده‌اند که می‌توان از چوب برای تولید بافت استخوان مصنوعی استفاده کرد. در قالب این پروژه بی‌سابقه، فرآیندی شکل می‌گیرد که طی آن بلوک‌هایی از چوب به استخوان مصنوعی تبدیل می‌شود. هدف اصلی محققان ایتالیایی از ارائه این فناوری نوین پیوند آنها به حیوانات بزرگ‌جثه و در ادامه و در صورتی که نتایج این پیوند‌ها با موفقیت کامل همراه باشد، آنها را برای پیوند به انسان‌ها نیز مد نظر قرار دهند. جایگزین‌سازی مفاصل استخوانی از بین رفته و ناکارآمد با استفاده از استخوان‌های مصنوعی که از چوب ساخته شده‌اند این امکان را برای بافت‌های زنده استخوانی فراهم می‌کند تا با سرعت بیشتری خود را ترمیم کنند و در عین حال پس از وقوع هرگونه شکستگی شرایط بهتری برای بیمار رقم خورد. محققان ایتالیایی در این خصوص معتقدند که با تکیه بر این فناوری نوین استخوان‌های مصنوعی که با استفاده از چوب ساخته می‌شوند پس از شکستگی از امنیت بیشتری برخوردار بوده و برای ترمیم آنها دیگر نیازی به استفاده از پیوندهای سرامیکی و فلزی نخواهد بود. اما چرا چوب برای این جایگزین‌سازی انتخاب شده است؟ محققان ایتالیایی به این جهت چوب را انتخاب کرده‌اند زیرا این ماده به طرز جالب توجهی از حیث بافت ساختار فیزیکی به استخوان‌های انسانی شباهت دارد که البته با تکیه بر فناوری‌های موجود این امکان وجود ندارد تا چنین ساختاری را آن هم با چنین شباهتی بازتولید کرد.

آنا تامپری از محققان این پروژه از انستیتو فناوری و علوم ماتریالی ایتالیا می‌گوید:‌ هدف ما این است که ساختار شناخته شده چوب را به ترکیبات غیر ارگانیکی و زیست‌فعالی تبدیل کرده و در نهایت از آن برای جایگزین‌سازی در بخش‌هایی از ساختار استخوانی استفاده کرد. برای این منظرو و دستیابی به استخوانی قابل اطمینان که تا سال‌ها بدون هیچ تغییری در کیفیت و ساختار در بدن بیمار باقی بماند، محققان ایتالیایی به سراغ چوب درخت بلوط قرمز و خیزران رفتند. آنها در ادامه تکه‌چوب‌های مورد نظر را آنقدر حرارت دادند تا تنها کربن خالص از آن باقی بماند که اساسا به آن ذغال چوب گفته می‌شود. تامپری همچنین معتقد است ایمپلنت‌های ساخته شده از چوب در مقایسه با ایمپلنت‌های رایجی که از تیتانیوم یا سرامیک ساخته می‌شوند از مزایای قابل توجهی برخوردارند. از آنجایی که ساختار فیزیکی در چوب بیشتر از آن که سفت و فشرده باشد - نظیر بسیاری از ایمپلنت‌های سرامیکی یا فلزت به نوعی اسفنجی است، استخوان اصلی بیمار این امکان را پیدا می‌کند تا در بافت استخوان مصنوعی مورد نظر با سرعت و امنیت بیشتری رشد کند.

فرانک مولر از محققان انستیتو علوم مواد و فناوری در آلمان نیز با استقبال از این فناوری نوین می‌گوید: یکی از نقاط ضعف استفاده از تیتانیوم در ساخت استخوان‌های مصنوعی این است که این فلز زیست‌فعال نیست. این نکته به این معناست که تیتانیوم قادر به تعامل با بافت زنده استخوانی نیست و این درحالی است که چنین مشکلی در استخوان مصنوعی ساخته شده از چوب وجود ندارد. به گفته محققان این پروژه، وجود ساختار اسفنجی در چوب اصلی‌ترین مزیت چوب در به‌کارگیری آن برای ساخت استخوان مصنوعی است. این مزیت تا به آنجا از اهمیت برخوردار است که برخی به دنبال تعمیم دادن آن به ماده‌ای همچون تیتانیوم هستند، با این حال چنین کاری امکان‌پذیر نیست، زیرا در صورتی‌که چنین منافذی در ساختار تیتانیوم ایجاد شود، ویژگی‌های مکانیکی آن در معرض خطر قرار می‌گیرد. از آن گذشته اگر تیتانیوم ضعیف شود، ممکن است دچار شکستگی شده و در نتیجه آسیب‌های بیشتری به ساختار استخوانی بیمار وارد شود. اما زمانی که استخوان مصنوعی ساخته شده از چوب را مورد بررسی قرار می‌دهیم این امر کاملا امکان‌پذیر است که بافت استخوانی اصلی بیمار در دل آن رسوخ کند.

نکته دیگری که باید به آن توجه کرد وجود یک تناقض بزرگ در زمینه استفاده از ساختارهای فلزی و سرامیکی جهت تولید ایمپلنت‌های مختلف است. ایمپلنت‌هایی که از فلز یا سرامیک ساخته می‌شوند قاعدتا باید از بروز هرگونه شکستگی در استخوان‌ها جلوگیری کنند اما گاهی اوقات همین ساختارها خود موجب بروز شکستگی استخوانی می‌شوند. ایمپلنت‌های فعلی به طرز قابل توجهی نسبت به استخوان‌هایی که در اطراف آنها قرار گرفته‌اند سخت‌تر هستند و این تفاوت جنسیتی و تراکم می‌تواند زمینه‌ساز بروز شکستگی‌های ناخواسته پس از انجام عمل جراحی پیوند شود. اما استخوان طبیعی تا حدی این قابلیت را دارد تا با تکیه بر خاصیت انعطاف‌پذیری نسبی خود با ایمپلنت ساخته شده از چوب سازگاری داشته باشد. البته گرچه از نظر تئوری می‌توان قبول کرد که هر چه فشار بیشتری به استخوان وارد شود، ساختار مستحکم‌تری تولید خواهد شد اما باید این حقیقت را نیز مورد نظر قرار دارد که ایمپلنت‌های سخت‌تر می‌توانند آنچنان فشاری را به نقطه خاصی از استخوان اصلی وارد کنند که خود موجب شکستگی دوباره‌ای در آن عضله شوند. اما به نظر می‌رسد استفاده از ایمپلنت‌های چوبی نرم‌تر ضمن تولید فشار کمتری به بافت اصلی استخوان، احتمال ایجاد شکستگی در آن را نیز کاهش می‌دهد.

اگرچه هنوز معلوم نیست که آیا در آینده از استخوان مصنوعی ساخته شده از چوب برای کمک به بیماران انسانی استفاده خواهد شد یا نه با این حال این تردیدها موجب نشده است تا دانشمندان بیکار ننشینند. آنها کار خود را با هدف قرار دادن گوسفندها تحقیقات خودرا آغاز کرده‌اند اما رفتن به سراغ بیماران انسانی، مرحله‌ای است که در سال‌های بسیار دورتر امکان عملی شدن آن وجود دارد.

آنا تامپری درخصوص این پروژه می‌گوید: سال‌های طولانی است که تلاش می‌شود تا مواد مناسبی شناسایی شوند که از ویژگی‌های ساختاری لازم و مقاوم در برابر دماهای بالا و فشارهای مکانیکی برخوردار بوده و بتوان از آنها برای استفاده از طراحی و ساخت طیف گسترده‌ای از کاربردها و از جمله استخوان‌های مصنوعی استفاده کرد. در این خصوص می‌توان به مواردی از این دست اشاره کرد: ‌پوشش‌های صداگیر، سیستم‌های فضایی، تجهیزات توربینی برای تأسیسات تولید برق و موتور هواپیماها، پره توربین‌ها، انواع پوشش‌ها، قطعات مختلف محفظه احتراق و در نهایت تجهیزات شیشه گری و شکل دادن فلزات.

این محققان بر این باور هستند تا زمانی که استخوان‌های مصنوعی جایگزین ساخته شده از چوب برای کمک به بیماران انسانی آماده نشوند، طیف گسترده‌ای از سایر کاربردها وجود دارد که می‌توان تا آن زمان، این فناوری را روی آنها مورد آزمایش و بررسی قرار داد. پیش‌بینی محققان ایتالیایی بر این است که در یک دهه آتی این احتمال وجود دارد که چنین استخوان‌هایی را برای گروهی از حیوانات آماده کننده و تازه آن زمان است که امکان استفاده از آن برای بیماران انسانی قابل بررسی خواهد بود.

مهدی کیا