ماشینی که دی‌اکسید کربن می‌گیرد و نانوذرات استخوانی می‌سازد

به گزارش ایسنا، مبحث مهندسی بافت یکی از تازه‌ترین فناوری‌ها در ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده به شمار می‌رود. افزایش بیماری‌های استخوانی از قبیل پوکی استخوان و سرطان استخوان، مهندسی بافت استخوان را در زمره‌ پرکاربردترین حوزه‌های مهندسی بافت قرار داده‌است. داربست‌های استخوانی اصلی‌ترین ابزار مهندسی بافت استخوان هستند. در سال‌های اخیر تحقیقات متعددی در حوزه‌ سنتز و بهینه‌سازی داربست‌های استخوانی صورت گرفته است.

دکتر محمد کریمی، دانش‌آموخته‌ مقطع دکتری نانوفناوری پژوهشگاه مواد و انرژی، آپاتیت را مهم‌ترین جزء بافت‌های سخت بدن از جمله استخوان و دندان خواند و افزود:‌ در مهندسی بافت‌های سخت غالباً از آپاتیت نانوساختار سنتزی برای ترمیم و بازسازی بافت استفاده می‌شود. آپاتیت سنتزی علی‌رغم مزایای فراوان دارای یک نقطه ضعف جدی است و آن بازجذب زیستی محدود است. بدین معنی که آپاتیت سنتزی سرعت تخریب کمی در بدن دارد. ما در این پژوهش با طراحی یک ماشین ماکرومولکولی با نام کالکولین موفق شدیم تا حدود زیادی این نقیصه را برطرف کنیم.

وی ادامه داد: ماشین ماکرومولکولی کالکولین قادر است با به دام انداختن دی‌اکسید کربن موجود در جو، گونه‌ای بهینه‌شده از آپاتیت موسوم به آپاسیت تولید کند. آپاسیت با ساختار نانویی خود از زیست سازگاری و زیست فعالی مطلوبی برخوردار است و این توانایی را دارد که استخوان‌سازی را تقویت کند.

کریمی درباره سازوکار عملکرد کالکولین گفت: ساختار کالکولین متشکل از گروه‌های آلی کولینیوم و کلسیم و یون‌های آزاد فسفات است و وظیفه‌ خود را در دو مرحله انجام می‌دهد. در مرحله‌ اول، اعمال یک حرارت ملایم موجب بروز واکنش بین گروه‌های کلسیم و یون‌های آزاد فسفات شده و هسته‌های آپاتیت شکل می‌گیرد. در مرحله‌ دوم کالکولین با به دام انداختن دی‌اکسید کربن موجود در جو و تولید حد واسط‌های مولکولی شبه‌کروبامات موجب جوانه‌زنی کلسیت می‌شود. حاصل این دو مرحله تشکیل یک نانوکامپوزیت متشکل از آپاتیت و کلسیت است که به‌اختصار آپاسیت نام گرفته‌است. به‌علاوه، کالکولین به دلیل پیکربندی ماکرومولکولی سه‌بعدی قادر است رشد نانوذرات کامپوزیتی آپاسیت را کنترل کرده و آن‌ها را در مقیاس نانومتری باقی نگه دارد.

بررسی‌ها نشان داده که درصد دو فاز آپاسیت و کلسیت در ساختار نهایی ۵۳ به ۴۷ است و اندازه‌ نانوذرات کامپوزیتی ۲۰ تا ۶۰ نانومتر گزارش شده‌است. ساختار آپاسیت از انحلال‌پذیری بالا و بلورینگی پایینی برخوردار است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر محمد کریمی دانش‌آموخته‌ مقطع دکتری پژوهشگاه مواد و انرژی و جمعی از دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد این پژوهشگاه است. نتایج این کار در مجله‌ Chemical Engineering Journal با ضریب تأثیر ۶.۷۳۵ به چاپ رسیده‌است.