دعامة قابلة للزرع تساعد على نمو العظام المكسورة بسرعة

في معظم حالات كسور العظام، تنمو خلايا العظام من تلقاء نفسها بينما يرتدي المرضى جبيرة أو دعامة لتثبيت الإصابة.

أما في حالات الكسور المعقدة أو الشديدة، فقد يتدخل الجراحون بزراعة طعوم أو سقالات مصنوعة من مواد متوافقة حيويًا، أو باستخدام أجهزة تثبيت معدنية لضمان التئام العظام ومحاذاة العظم بشكل سليم.

دعامة قابلة للزرع

بالتعاون مع جراحي العظام، ابتكر فريق بقيادة باحثين في الهندسة الطبية الحيوية بجامعة ولاية بنسلفانيا، CitraBoneQMg، وهو دعامة قابلة للزرع وقابلة للتحلل الحيوي لدعم نمو العظام، مصنوعة من خلال الجمع بين المغنيسيوم والجلوتامين وحمض الستريك.

نشر الفريق بحثًا عن غرستهم، وقدموا طلب براءة اختراع أمريكية لها، في مجلة Science Advances.

وقال المؤلف الأول هوي شيو: "من خلال دمج المغنيسيوم والجلوتامين - وهما جزيئين صغيرين موجودين بشكل طبيعي في الجسم وفي الطعام - مع حمض الستريك، وجدنا أن الجزيئات تعمل معًا لتعزيز نمو العظام من خلال تشجيع زيادة التمثيل الغذائي للطاقة داخل الخلايا".

وجد الباحثون أن إضافة المغنيسيوم والجلوتامين إلى غرسة تقليدية تعتمد فقط على حمض الستريك، والتي وافقت عليها إدارة الغذاء والدواء الأمريكية وهي متاحة في السوق، تزيد من الطاقة داخل الخلايا وتساعد على تنظيم مسارين للطاقة ضروريين لنمو العظام، AMPK وmTORC1. يعمل هذان المساران كنظامي تحكم داخل الخلية، حيث يوازنان استهلاك الطاقة، مما يسمح للخلايا بالحصول على الطاقة اللازمة لبناء عظام جديدة.

قال شو: "تنظم الجزيئات مساري الطاقة في آنٍ واحد، وهو أمر مختلف عما يحدث عادةً - فعادةً ما تعمل كأرجوحة، أحدهما يتسارع والآخر يتباطأ".

وأضاف: "يُعزز هذا الهيكل الأساسي الخلية العظمية: يعمل كلا العنصرين الغذائيين بتناغم مع حمض الستريك لتزويد الخلايا الجذعية بمزيد من الطاقة للنمو والتمايز إلى خلايا عظمية ، مما يؤدي إلى نمو أفضل للعظام".

لاختبار CitraBoneQMg، زرع الباحثون سقالة تجريبية في عيب في جماجم الفئران وقارنوا نمو العظام الناتج عن ذلك لدى الفئران التي زرعت سقالة تعتمد على حمض الستريك فقط وأخرى زرعت بمادة عظمية تقليدية.

ووجد الباحثون أنه بعد 12 أسبوعًا، أدى استخدام CitraBoneQMg إلى زيادة نمو العظام المحيطة بالإصابة القحفية بنسبة 56% مقارنة بالحيوانات التي استخدمت السقالة المعتمدة على حمض الستريك فقط، وبنسبة 185% مقارنة بالحيوانات التي استخدمت مادة عظمية تقليدية مزروعة.

قال يان: "تعمل الجزيئات الثلاثة كوصفة شفاء للعظام، مما يمهد الطريق لمنهجية جديدة في إصلاح العظام".

وأضاف: "إلى جانب النمو السريع للعظام ، لاحظنا أيضًا تجددًا عصبيًا وخصائص مضادة للالتهابات في موقع السقالة، وهما عنصران مهمان لشفاء العظام على المدى الطويل".

وأوضح الباحثون أن إطلاق الجزيئات مباشرة في موقع الإصابة عبر السقالة يساعد على نقل تركيز عالٍ من العناصر الغذائية مباشرة إلى المكان الأكثر حاجة إليها، بدلاً من الاعتماد على الابتلاع عن طريق الفم، حيث تصل نسبة صغيرة فقط إلى موقع الإصابة.

بالإضافة إلى ذلك، اكتشف الباحثون أن السقالة البوليمرية تحتوي على خصائص ضوئية وصوتية متأصلة، مما يسمح بتصويرها بسهولة بعد زراعتها في موقع الإصابة.

وقال شو: "بفضل خصائصها الضوئية الصوتية، تتمتع CitraBoneQMg بإمكانيات كبيرة للتتبع داخل الجسم الحي، حيث يمكن اكتشافها بالموجات فوق الصوتية تحت الأنسجة العميقة".