هل نودع جراحات العظام مع الهيدروجل وقليل من الضوء؟

ابتكر مجموعة من العلماء هيدروجيل يجدد العظام. حيث نجح الفريق في تطوير هيدروجيل جديد يستخدم الضوء المرئي غير الضار لتسهيل الربط المتبادل والتمعدن، مما يلغي الحاجة إلى ترقيع العظام.

توضح الدراسة، التي نشرت في دورية “Biomaterials”، قدرة هذا الهيدروجيل القابل للحقن على توفير حل بسيط وفعال لإصلاح عيوب العظام. وقد تغلب فريق البحث على القيود المفروضة على الهيدروجيل القابلة للحقن الموجودة.

الخطر الصامت لعيوب العظام

تؤثر عيوب العظام على ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم، وتتزايد الحالات بسرعة في المجتمعات التي تعاني من الشيخوخة. يمكن أن تنشأ هذه العيوب من أسباب مختلفة، بما في ذلك الصدمة، والعدوى، والتشوهات الخلقية. على سبيل المثال، تؤثر هشاشة العظام على أكثر من 200 مليون شخص على مستوى العالم، مع 8.9 مليون حالة من كسور هشاشة العظام سنويًا. وبالمثل، فإن سرطان العظام يؤثر على آلاف الأشخاص كل عام، وخاصة الأطفال والمراهقين.

إن تأثير عيوب العظام يتجاوز الفرد، مما يضع عبئا كبيرا على أنظمة الرعاية الصحية والاقتصادات. وفي الولايات المتحدة وحدها، تتجاوز التكلفة السنوية المقدرة لعلاج كسور هشاشة العظام 19 مليار دولار. علاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي عيوب العظام إلى اعتلال شديد، وانخفاض نوعية الحياة، وحتى الوفاة. على سبيل المثال، يموت ما يصل إلى 24% من المرضى الذين يعانون من كسور الورك خلال عام من وقوع الحادث.

خيارات العلاج الحالية لعيوب العظام محدودة وغالبًا ما تتضمن ترقيع العظام (تطعيم عظمي) ( bone graft) مع مصل الدم أو المواد اللاصقة الحيوية لملء العيب العظمي. ومع ذلك، فإن هذه العلاجات التقليدية لها عيوب كبيرة، حيث غالبا ما تفشل في تحقيق “تجديد العظام” و”الالتصاق” في وقت واحد

هيدروجيل يجدد العظام

تواجه مواد الهيدروجيل القابلة للحقن الموجودة تحديات مثل صعوبة الحفاظ على شكلها داخل الجسم وقوة الالتصاق المحدودة. وقد قدم الفريق البحثي نظامًا جديدًا يعالج هذه القيود.

يستخدم نظام الهيدروجيل الجديد الضوء المرئي، الآمن لجسم الإنسان، لتسهيل الارتباط المتبادل، حيث تترابط المكونات الرئيسية للهيدروجيل وتتصلب، وفي الوقت نفسه يعزز التمعدن حيث تتشكل المعادن التي تبني العظام مثل الكالسيوم والفوسفات داخل الهيدروجيل.

وفي حين استكشفت دراسات سابقة استخدام الضوء في تطبيقات مماثلة، فقد واجهت مشكلات مثل ضرورة التحضير المنفصل وخلط الطعوم العظمية والمواد اللاصقة، فضلاً عن ضعف الترابط بين المكونات الرئيسية، والتي غالبًا ما تتدهور بمرور الوقت.

مكونات مهمة

يتألف مركب الهيدروجيل المطوَّر حديثًا من ألجينات (مركب متعدد السكاريد طبيعي مشتق من الطحالب البنية)، وبروتين لاصق من بلح البحر يحتوي على ببتيد “RGD”، وأيونات الكالسيوم، وفوسفونوديول، ومُبادر ضوئي. وتضمن التركيبة القائمة على الغرونيات، والتي لا تختلط بالماء، احتفاظ الهيدروجيل بشكله وموقعه بعد الحقن في الجسم.

وعند التعرض للضوء المرئي، يحدث الترابط المتبادل، ويتكون في نفس الوقت فوسفات الكالسيوم غير المتبلور، الذي يعمل كمادة لطعوم العظام. وهذا يلغي الحاجة إلى طعوم عظام منفصلة أو مواد لاصقة، مما يتيح للهيدروجيل توفير تجديد العظام والالتصاق.

وفي التجارب التي أجريت باستخدام نماذج حيوانية تعاني من عيوب في عظام الفخذ، تم حقن الهيدروجيل بنجاح، وتم تثبيته بدقة، وتم توصيل المكونات الأساسية لتجديد العظام بشكل فعال.

• FDA توافق على أول دواء للوقاية من فيروس نقص المناعة المكتسبة
• اكتشاف طريقة لإيقاف وعلاج الهزال السرطاني
• العمر مجرد رقم.. العلاقة بين الرياضة والعمر!
• ما هي أهم عيوب النظام المدرسي؟
• ما هو الحيوان الذي يمتلك أقوى العظام على الأرض؟

تطبيقات وتأثير الهيدروجيل القابل للحقن

يمكننا أن نتوقع أن نرى هذا الهيدروجيل الذي يجدد العظام يستخدم لعلاج مجموعة من الحالات المرتبطة بالعظام، من هشاشة العظام إلى سرطان العظام. ويمكن استخدامه أيضًا لإصلاح العظام التالفة الناجمة عن الصدمة أو الإصابة، مثل الكسور أو العظام المكسورة. فالاحتمالات لا حصر لها، وقد يكون التأثير على الصحة العامة هائلاً.

لكن الفوائد لا تتوقف عند هذا الحد. يمكن أن يكون لهذا الهيدروجيل أيضًا آثار اقتصادية واجتماعية كبيرة. على سبيل المثال، يمكن أن يقلل العبء المالي على أنظمة الرعاية الصحية عن طريق تقليل الحاجة إلى العمليات الجراحية المكلفة والمعقدة. ويمكن أيضًا أن يمكّن الأشخاص من العودة إلى العمل وعيش حياة نشطة في وقت أقرب، مما يقلل من التأثير الاقتصادي للإصابات والحالات المرتبطة بالعظام.

علاوة على ذلك، يمكن أن يكون لهذه التكنولوجيا أيضًا آثار مهمة على مجال الطب التجديدي ككل. ويمكن أن يمهد الطريق لتطوير علاجات جديدة لمجموعة من الحالات، من عيوب الجلد والعضلات إلى أمراض القلب والأوعية الدموية.

المصادر

Injectable hydrogel uses harmless visible light to achieve bone regeneration and adhesion | medicalxpress

Visible light-induced simultaneous bioactive amorphous calcium phosphate mineralization and in situ crosslinking of coacervate-based injectable underwater adhesive hydrogels for enhanced bone regeneration | biomaterials