فوم های پلی یورتان و جراحی پلاستیک

فوم های پلی یورتان الاستومری گنجانیده شده با فیلرهای هیدروکسید آپاتیت نانوسایز برای بازسازی پلاستیک

مدت هاست که جراحان پلاستیک به دنبال مواد ایده آل به منظور بازسازی جمجمه و صورت هستند. در اینجا هدف از این مطالعه، دستیابی به یک الاستومر متخلخل جدید باتوجه به پلی یورتان آلیفاتیک (PU) و فیلرهای هیدروکسید آپاتیت (n-HA) برای بازسازی پلاستیک است. خواص فیزیکوشیمیایی الاستومر کامپوزیت تهیه شده با اسپکتروسکوپی مادون قرمز (IR)، پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی با اسپکتروسکوپی اشعه ایکس پراکندگی انرژی، میکروسکوپ الکترون عبوری، تجزیه حرارتی، آزمایشات مکانیکی و اسپکتروسکوپی فتوالکترون اشعه ایکس مشخص شد. نتایج ارزیابی تجزیه و تحلیل مکانیکی پویا (DMA) نشان داد که فوم های ترکیبی دبیلاتن دارای خواص کششی، انعطاف پذیری و استحکام قوی هستند. پراکندگی یکنواخت در فیلرهای لئوئالرذ را میتوان در سرتاسر ماتریس عرضی PU مشاهده کرد. همچنین، الاستومر متخلخل دارای ساختار منفذ یکنواخت و مقاومت در برابر فشار کلی و کششی است. علاوه براین، فوم های الاستومری هیچ نشانه ای از سمیّت سلولی نداشتند و با افزایش سلول های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان موش صحرایی  (MBSC) نیز قابلیت افزایش تکثیر و چسبندگی سلول را نشان دادند. آزمایشات نمونه های حیوانی نشان داد که الاستومرهای متخلخل می توانند ادغام خوبی با بافت استخوانی داشته باشند. وجود فیلرهای  n-HAباعث نفوذ سلولی و بازسازی بافت می شود. فوم کامپوزیت الاستومری و زیست فعال n-HA/PU میتواند گزینۀ مناسبی برای بازسازی پلاستیک در آینده محسوب شود.

مواد پلاستیکی از بازار بالینی عظیمی برای جراحی پلاستیک، ترمیمی و زیبایی برخوردار هستند. توسعه مواد ارتوپدی نیز نقش مهمی در جراحی پلاستیک ایفا می کند. همچنین، جراحان در این حوزه به دنبال مواد ایده آلی با خواص بالقوۀ ادغام اوسئو، ایمنی بیولوژیکی، قالب گیری آسان، انعطاف پذیری خوب، پشتیبانی مکانیکی مناسب و مقرون به صرفه برای بازسازی اسکلت و ترمیم شکل هستند. در اواخر دهه 1960، دبلیو. ال گور تترا فلورواتیلن (e-PTFE) را ابداع کرد که به یک ماده محبوب در حوزۀ جراحی صورت و جراحی ترمیمی تبدیل شده است. از ورق های  e -PTFE در ناحیه گیجگاهی مورد استفاده قرار گرفته و نتایج خوبی به همراه داشته است؛ برای مثال خواص فیزیکی این ورق ها مشابه با بافت نرم انسان است. ازطرفی، اسید هیالورونیک به دلیل خواص بیوفیزیکی منحصر به فرد و مطلوب مادۀ مفیدی برای افزایش بافت محسوب می شود. با این حال، استفاده از هیالورونیک به دلیل عمر بسیار کوتاه آن و همچنین حذف سریع آن از محل تزریق در کمتر از یک هفته بسیار محدود است. جای تأسف است کهe -PTFE  و هیالورونیک اسید هر دو زیست فعال نیستند و نمی توانند با پیوند خوردن به بافت استخوانی، ایمپلنت را به راحتی پس از کاشت بردارند. کلسیم فسفات از ترکیب استخوان بالغ تقلید می کند که مبنای تکنیک زیست فعال برای کرانیوپلاستی آلوپلاستیک محسوب می شود. زیست سازگاری بالا و زیست فعالی استخوانی در هیدروکسی آپاتیت مصنوعی (HA) در جراحی پلاستیک بسیار مورد توجه است. با این حال،  سرامیک بکر با پایۀ HA آلی بسیار شکننده بوده و قالب بندی آن نیز بسیار دشوار است. در سال های اخیر، کامپوزیت های ترکیبی متشکل از پلیمرها با هیدروکسید آپاتیت نانوسایز (n-HA) ممکن است یک رابط زیست تقلیدی برای بافت میزبان ایجاد کنند. کامپوزیت پلیمرهای n-HA مختلف من جمله پلی افزودۀ n-HA (اسید کوگلیکول لاکتیک) (PLGA) یا پلی کاپرولاکتون (PCL) ایجاد شده و بعنوان داربستی برای ترمیم استخوان بطور گسترده مورد بررسی قرار گرفته اند؛ اما با این وجود، تعداد اندکی از آنها قابلیت کاربرد برای جراحی پلاستیک و ترمیمی دارند زیرا بیومتریال خاص به تطابق با نیازهای رفاهی و زیبایی در افزایش بافت همچون انعطاف پذیری، تنظیم نرمی و سختی فیزیکی، فشار تماس، بلوک یکنواخت و شکل گیری آسان نیاز دارند.

به خوبی مشخصی شده است که یک دسته از مواد پلیمری وجود دارند که میتوانند بعنوان "داربست نرم یا سخت" با ساختارهای مختلف طبقه بندی شوند. پلیمر مصنوعی به نام پلی یورتان (PU) در مهندسی بافت با ظهور طیف وسیعی از خواص مکانیکی و فیزیکی با تغییر نسبت قطعات نرم/ سخت و ترکیب مورد استفاده قرار گرفته است. PU دارای خواص متنوعی با ساختار منحصر به فرد و متخلخل فومی، خواص مکانیکی عالی و متغیر، زیست سازگاری خوب است که میتواند در بسیاری از زمینه مورد توجه باشد. ما در مطالعات قبلی چندین نوع سفت و سخت پلی یورتان (PU) با نانو ذرات n-HA را بررسی کردیم که اساسآ برای ترمیم و بازسازی استخوان توسعه یافته اند. در ادامه، ساختار پیوند عرضی بر پایۀ روغن کرچک بعنوان یک بخش نرم نشان دهندۀ مدول بالایی برای داربست های PU با هدف بازسازی استخوان بود. اما در حوزۀ جراحی پلاستیک، میتوان انعطاف پذیری متوسط این داربست ها را در کاربردهای پزشکی مد نظر قرار داد. در اینجا، فومی را براساس ماتریس الاستومری PU و کریستال های n-HA طراحی و آماده کردیم تا با الزامات چند منظوره برای بازسازی پلاستیک مطابقت داشته باشد. فوم الاستیک به کمک روش غیر سمّی ساخته شده است و انتظار می رود به راحتی طراحی شده و از حمایت مکانیکی کافی و سازگاری الاستیک کافی نیز برخوردار باشد؛ علاوه براین، میتواند میکرومحیط زیست فعالی را برای رشد سلولی و بازسازی بافت فراهم کند. از آنجا که قابلیت تغییر شکل یکی از فاکتورهای مهم و مورد توجه جراحان پلاستیک است، خواص کششی داربست ها همچون انعطاف پذیری و کشسانی را عمیقآ بررسی کردیم. به نظر می رسد فوم های الاستیک n-HA/PU در آینده چشم انداز امیدوارکننده ای برای جراحی پلاستیک و حتی در بازسازی انواع خاصی از بافت ها باشند.

فوم های آمادۀ PU، 10 HA/PU و 20 HA/PU دارای ساختار متخلخل به هم پیوسته هستند که با کمک تصاویر  micro - CTدر شکل زیر نشان داده شده اند؛ با افزایش محتوای n-HA، تخلخل کاهش می یابد.

شکل 1:

در جدول زیر ارزیابی داربست های PU، 10 HA/PU و 20 HA/PU با استفاده از تصاویر micro - CT در مقایسه با محاسبات روش جابجایی مایع (LDM) ارائه شده است.

جدول 1:

تفاوت داده بین micro - CT و LDM به دلیل وجود منافذ بسته ایجاد شده است زیرا منافذ بسته در LDM محاسبه نشدند. در صورت محاسبه با micro - CT/LDM، تخلخل فوم ها با افزایش محتوای n-HA کاهش می یابد و نرخ چگالی آن نیز معکوس است. همانطور که در شکل بالا ارائه شده است، سایز منافذ از 100-500 میکرومتر متغیر است که ملاک مناسبی برای تشکیل استخوان جدید محسوب می شود؛ SEM-EDX مپینگ عنصر کلسیم را نشان می دهد که آن نیز نشان دهندۀ پراکندگی یکنواخت ذرات n-HA در ماتریس داربست است. تداخل بالا و ارتباط بخش های نرم و سخت میتواند کیفیت و خواص مهم ماتریس PU را تضمین کند. الگوهای XRD، طیف های FRIR و طیف های XPS به منظور تعیین ترکیب فاز فوم ها و گروه های شیمیایی یا پیوند شیمیایی ماتریس n-HA و PU بطور گسترده مورد آزمایش قرار گرفتند. همانطور که می دانیم، ذرات آمورف الگوهای پراکندگی و پراش متفاوتی نشان می دهند؛ در حالی که موارد کریستاله پیک های پراش قوی را در اسپکتوگرام XRD نشان می دهند. در اینجا، ماتریس PU خالص تنها یک طیف پاکتی با یک پیک وسیع در مرکز 18 درجه سلسیوس را ارائه می دهد؛ در حالی که ذرات n-HA نشان دهندۀ یک الگوی متبلور با پیک های مشخص در حدود 25.8، 32، 34، 35.5 و 40 درجه سلسیوس هستند. الگوهای PU، 10HA/PU و 20HA/PU همچنان پیک های جداگانه ای نشان می دهند؛ به استثنای کاهش نسبی در شدت پیک. با توجه به نتایج حاصل شده میتوان گفت که کامپوزیت از HA و PU تشکیل شده و همچنین ترکیب اولیه و ساختار شیمیایی آنها در فوم های کامپوزیتی حفظ می شود. از طیف FTIR میتوان برای تصدیق گروه های شیمیایی با پیوندهای داخلی در ساختار پلیمری همراه با میزان پیوند هیدروژنی، ترکیب، دسترسی و تعامل بین بخش های سخت و نرم PU استفاده کرد.

براساس پلی یورتان الاستومر، یک سیستم متخلخل برای کاربرد احتمالی در جراحی پلاستیک طراحی و ایجاد کردیم. کامپوزیت متخلخل n-HA/PU دارای خواص کششی، انعطاف پذیری و مقاومت مکانیکی خوبی است. پراکندگی یکنواخت بلورهای n-HA در ماتریس PU توسط بخش های نرم و سفت PU ایجاد شد، در حالی که ساختار همگن دارای فازهای آبگریز و آبدوست است. علاوه براین، رابط اتصال محکم روی نانوذرات و ماتریس پلیمری یک عامل غالب در بهبود مکانیکی کامپوزیت های HA / PU محسوب می شود. اندازه منافذ (100-500 میکرومتر) و تخلخل (70 درصد) برای رشد سلولی و بازسازی بافت های استخوانی مؤثر است و افزودن فیلرهای n-HA باعث افزایش نفوذ سلولی و همچنین بازسازی بافت ها می شود؛ همانطور که طراحی شده است. الاستومرهای کامپوزیتی مقاومت بالایی در برابر فشار، تنش کششی و همچنین دستکاری بالینی مطلوب دارند. تکنیک چاپ سه بعدی بر پایۀ الاستومر n-HA/PU نیز بدون شک گزینۀ مناسبی برای بازسازی پلاستیک خواهد بود.