تكنولوجيا النانو لخدمة الطب التعويضى

لخدمة , التعويضى , النانو , الطب , تكنولوجيا

مجلة العربي - العدد 21 - 2013/9 - طب - محمد شريف الإسكندراني

نظراً لتقدم سبل العلاج الطبية والرعاية الصحية وازدهار صناعة الدواء والعقاقير العلاجية، فإن متوسط عمر الإنسان أخذ في الارتفاع يوماً بعد يوم، وهو مايستدعي حتمية ابتكار وتطوير الأعضاء المنزرعة بالجسم Implants، وذلك للتغلب على المشاكل المرتبطة بالتقدم في العمر والخاصة بتدهور أو فشل بعض من أجزاء وأعضاء الجسم بأداء مهامها البيولوجية على النحو النموذجي. وتجد تكنولوجيا النانو لنفسها مجالاً واسعاً ورحباً في ذلك المجال الحيوي المهم.




وأتشرف في هذا المقال بأن أكون برفقة القارئ الكريم في استعراض تطبيقات تلك التكنولوجيا المتقدمة، المعروفة باسم تكنولوجيا القرن والقائمة على إنتاج وتوظيف حبيبات ورقائق المواد النانونية في مجال تصنيع الأعضاء المنزرعة بالجسم البشري.
ويمكننا تصنيف تطبيقات تكنولوجيا النانو في الطب الحيوي إلى ثلاثة أفرع رئيسية مهمة تشكل حجر الزاوية في مجالي الرعاية الصحية وتحسين العلاج وهي: تقنيات التشخيص والكشف المُبكر عن الأورام، والدواء والعقاقير الطبية، وأخيراً وليس آخراً تصنيع وزراعة الأطراف الاصطناعية. وقد تشرفت بأن التقى مع القارئ الكريم على صفحات هذه المجلة العربية المرموقة مسبقاً، حيث تناولنا بالشرح والتحليل تطبيقات تكنولوجيا النانو في تقنيات التشخيص وكذلك في صناعة الدواء (مجلة العربي عدد 615، فبراير 2010، صفحات 126 - 133). ولم يتبقى لنا حتى هذه اللحظة إلا مناقشة التطبيقات النانونية في مجال صناعة وزراعة الأجهزة التعويضية بجسم الإنسان.

ماهيـة الأعضاء المنزرعة؟

ولا يخفى على القارئ الكريم بأن المقصود بالأعضاء المنزرعة أو المزروعة Implants هي تلك الأجهزة أو الأجزاء المُصنَّعة من قبل الإنسان والتي يتم زرعها بالجسم البشري، بهدف أن تحل محل البنية البيولوجية الهيكلية Biological Structure المفقودة أو التالفة من الجسم وضمان قيامها بوظائفها الحيوية على الوجه الأمثل. لذا فالأعضاء المنزرعة قد يتم توظيفها لتحل محل أطراف الجسم المفقودة (مثل الذراع والساق) وكذلك إحدى العينين أو كلاهما، وأيضاً الأسنان. ومن ثم فهي تُستخدم لأسباب وظيفية حيوية وكذلك تجميلية أو كليهما. وتتنوع هوية تلك الأعضاء المنزرعة بتنوع استخداماتها ورجوعاً إلى تطبيقاتها المُرجوة منها. فمثلاً، يتم تصنيع وزرع قوقعة الأذن Cochlear كبديل ميكانيكي بالأذن عند الصم بهدف اكسابهم القدرة على الاستماع وتلقي الموجات الصوتية. ويتألف ذلك الجهاز الصغير المنزرع بالأذن من ميكروفون، معالج للإشارات، وجهاز خارجي للإرسال الخارجية، والاستقبال. ومثال آخر هو زرع الدعامات والمسامير الفلزية بالجزء العظمي للأسنان وإدراجها وتثبيتها بعظام الفك لتكون بمنزلة دعامة للأسنان الصناعية وأجهزة تقويم الأسنان. هذا وتندرج العدسات اللاصقة، صمامات القلب الصناعية، الدعامات والقسطرات تحت ذلك التصنيف.

المواد الحيـوية

وتُعد العناصر الفلزية ****llic elements وسبائكها ****l alloys، الأكاسيد الفلزية ****l oxides، المواد السيراميكية Ceramic materials، الكربون Carbon، البلمراتPolymers، المركبات الكيميائية الطبيعية Natural materials والمخلقة سواء العضوية أو غير العضوية Synthetic organic and inorganic compounds، وكذلك المواد المتراكبة Composite materials أهم المواد الحيوية Biomaterials الرئيسية الداخلة في صناعة الأعضاء المنزرعة بالجسم وأكثرها شيوعاً.
يذكر أنه عند اختيار مادة ما كي توظف كمادة بيولوجية لتحل محل الجزء التالف من الجسم هو التأكد من تقبل الجسم البشري Acceptability لتلك المادة وهو ما يعرف تقنياً باسم التوافق الحيوي Biocompatibility، وذلك من دون إبداء مقاومة أو رفض قد ينجم عنها مضاعفات سلبية غير محمودة. ومن ثم ينبغي ألا تسبب مادة الجزء المزروع بالجسم أي آثار سلبية مثل الحساسية والالتهابات أو التسمم. ثانيا، يجب أن تتمتع مادة الجزء المنزرع بالجسم بخواص ميكانيكية حيوية فائقة، مما يضمن استمراريتها في أداء دورها الوظيفي بالجسم دون تلف أو وهن لمدة لا تقل عن خمسة عشر عاماً.

تكنولوجيا النانو لصناعة الأعضاء المنزرعة

وليس من ثمة شك، فقد احتكرت تكنولوجيا النانو، وهي التكنولوجيا المقُلدة باسم تكنولوجيا القرن، لنفسها تطبيقات متقدمة ومذهلة في جميع المجالات والتطبيقات المختلفة وتُعد تطبيقات تكنولوجيا النانو في الطب ومجال التكنولوجيا الحيوية أحد أبرز التطبيقات الرائدة لتلك التكنولوجيا العملاقة القائمة على توظيف المواد والأجهزة الدقيقة متناهية الصغر في الأغراض المتنوعة. وقد قادت الجهود البحثية الخاصة الجارية بجميع أرجاء العالم على تطوير مخرجات تكنولوجيا النانو ومنتجاتها الرامية إلى تحسين سبل الرعاية الصحية، الأمر الذي ينصب في خدمة الإنسان والحفاظ على صحته. وقد غزت بالفعل كثيراً من المنتجات الطبية النانونية الأسواق ومجال التطبيق الفعلي، والأكثر منها في سبيله إلى ذلك.
وفي هذا الإطار، تجيء المواد النانونية على رأس قائمة المواد المتقدمة التي تتمتع بخصال وخواص ميكانيكية فائقة وغير معتادة، وذلك نظراً لتمتعها بمقاييس أبعاد تقل عن 100 نانومتر. وكما يعلم القارئ الكريم، فإنه كلما تدنت المادة في حجمها قاد هذا إلى اكتسابها لخواص ميكانيكية فائقة مثل قدرتها على التحمل ومقاومة أحمال الإجهادات الخارجية بصورة كبيرة وغير معتادة، وذلك عند مقارنتها بنظيرتها من المواد التقليدية كبيرة الحجم. وتنفرد المواد النانونية بمقاومتها للانهيار عن طريق التآكل بالصدأ والاحتكاك، لذا فهي من المواد التي يتم ترشيحها دائماً في الآونة الأخيرة لتصنيع أجزاء الأجهزة التعويضية المنزرعة داخل الجسم البشري. ومن المعروف أن المواد التقليدية المستخدمة في إنتاج وتصنيع الأجهزة المنزرعة، مثل السبائك الفلزية المصنعة من سبائك التيتانيوم أو الكوبلت والمستخدمة في صناعة المفاصل الاصطناعية بالفخذين، لا يمتد عمرها الافتراضي إلى أكثر من خمسة عشر عاماً، حيث تظهر مضاعفات حادة بعد ذلك، الأمر الذي يستوجب معه تدخلاً جراحياً عاجلاً لتغيير ذلك الجزء وإعادة تركيب جزء اصطناعي جديد.
وقد ساهمت تكنولوجيا النانو في حل هذه المشكلة المؤرقة، حيث يتم طلاء تلك المفاصل الفلزية الاصطناعية بطبقة رقيقة السمك مؤلفة من مواد نانونية الأبعاد من مادة البوليثيلين Polyethylene تتميز بصلادة عالية ومقاومة فائقة للبري والتآكل. وتلعب تلك الطبقة الرقيقة دوراً آخر لا يقل أهمية عن الدور السابق، حيث إنها تزيد من المواءمة البيولوجية ما بين الجسم والجزء المنزرع، ما يعني تقليلاً للأعراض الجانبية المترتبة عن زرع هذا الجزء بالجسم البشري وتلاشيها. وتجيء الطبقات النانوية المستخدمة في طلاء تلك الأجزاء الفلزية المُشار إليها من قبل والمؤلفة من حبيبات نانونية الأبعاد من مادة الماس، وكذلك مادة هيدروكسيباتيت Hydroxyapatite كأحد أهم الابتكارات التقنية الحديثة في هذا المضمار.
ومن الجدير أن يُذكر هنا بأن مادة هيدروكسيباتيت هي مادة طبيعية تحتوي في مكوناتها على نحو 70 في المائة من مادة العظام، وعلى 30 في المائة من الألياف الكربونية المعروفة باسم الكولاجين Collagen، ومن ثم فهي تتمتع بمواءمة بيولوجية عالية مع الجسم البشري.
مثال آخر هو توظيف حبيبات أكسيد التيتانيوم الثنائي نانونية الأبعاد في طلاء الأجزاء الفلزية المنزرعة بالجسم، وذلك بهدف إكسابها خواص ميكانيكية فائقة وزيادة مقاومتها أمام الإجهادات وعوامل التآكل عن طريق البري والصدأ. كذلك تحظى متراكبات البلمرات العضوية Organic polymers الناتجة عن دمج حبيبات نانونية الأبعاد من أكسيد التيتانيوم وكذلك أكسيد الألومنيوم معها على اهتمام منقطع النظير، وذلك نظراً لتحفيزها على توليد خلايا عظمية جديدة بالجزء التالف أو المفقود وتنميته.

تكنولوجيا النانو وزراعة الأعضاء النشطة

أدخلت تكنولوجيا النانو مفهوماً جديداً على زراعة الأجهزة بجسم الإنسان، وذلك من خلال ابتكار ما يعرف باسم زراعة الأعضاء النشطة داخل الجسم. ويقصد بالأعضاء النشطة تلك الأجهزة التي يتم إدخالها وزراعتها بالجسم والمحتوية على مصدر للطاقة يعمل على تشغيلها. وفي إطار الوظائف والمهام المنوطة بها تلك الأجهزة فإنها تنقسم إلى فئتين رئيسيتين هما: (1) فئة الأجهزة المنزرعة لفترات طويلة والمراد منها القيام بدور طويل الأمد، مثل مضخات الأنسولين التي يتم زرعها بجسم الشخص المصاب بداء السكري بهدف إمداده بجرعات من الأنسولين بصفة دورية. كذلك يمكن إمداد الجسم بجرعات عاجلة وقت الضرورة، وذلك من خلال التحكم في ضخ الأنسولين بواسطة حساسات بيولوجية تستشعر انخفاض نسبة الجلوكوز بالدم عن الحد الطبيعي، فتقوم بتوجيه إشاراتها إلى مضخة جهاز الأنسولين لتفريغ ما يحتاجه الجسم من جرعة عاجلة. وكم يشرفني أن ألتقي مع القارئ الكريم على صفحات مقال آخر نستعرض فيه تلك التطبيقات المثيرة لتكنولوجيا النانو في زراعة الأعضاء النشطة بالجسم البشري، بإذن الله وعونه.

التطبيقات الراهنة للمواد الحيوية في مجال الطب التعويضي

المادة

تطبيقاتها فى مجال زراعة الأعضاء

عنصر التيتانيوم وسبائكه الفلزية

تصنيع المفاصل الصناعية ، شرائح تثبيت العظام ودعمها ، أجهزة تنظيم نبضات القلب المنزعة بتجويف الصدر Pacemakers زراعة الأسنان والجذور بالفم، وكذلك فى تصنيع صمامات القلب

مركب الكالسيوم الفوسفورى CaP

تصنيع المفاصل الصناعية ، العظام الصناعية ، الحل محل الأذن الوسطى واستبدالها

أكسيد الألومنيوم "الألومينا

تصنيع المفاصل الصناعية

الكربون

تصنيع صمامات القلب

ميتاكريليت الميثيل Methylmethacrylate

عدسة العين

مركبات السيليكون العضوى Organosilicon

تصنيع الثدى الصناعى Breast prostheses - صناعة القسطرات Catheters

بولي يوريثان Polyurethane

تصنيع الثدى الصناعى، صناعة الأوردة الدموية الإصطناعية - Artificial blood vessels استبدال الجلد والحل محلة

بولى جليكولك الحمضى Polyglycolic acid (PGA) وهو من اللدائن (البلمرات)

استبدال والحل محل الأغشية النسيجية - Tissue membranes بالجسم

-----------------------------------------------------------
* مدير برنامج تكنولوجيا النانو والمواد المتقدمة، معهد الكويــت للأبحــاث العلميــة

المصدر: ملتقى شذرات