استفاده از علم مواد برای درک بهتر شکستگی استخوان در سطح لایه

آیا می‌توان از روش‌های تحلیلی علم مواد برای درک بهتر استخوان  انسان استفاده کرد؟ گروه تحقیقاتی Empa  در تون سوئیس دقیقاً این رویکرد را دنبال می‌کند.

 پوکی استخوان  یک بیماری گسترده است. با بالا رفتن سن در هر سه زن یک نفر و در هر پنج مرد یک نفر به پوکی استخوان  مبتلا می‌شوند. یک نتیجه شایع این امر شکستگی استخوان  ران است – آسیبی دردناک که زندگی افراد تحت تأثیر را بسیار کاهش می‌دهد. این بیماران مدت طولانی‌ای تحرک خود را از دست می‌دهند. استراحت طولانی‌مدت در رخت خواب و اغلب وضعیت عمومی ضعیف به افزایش نرخ مرگ‌ومیر می‌انجامد.

این بیماری به دلیل عدم تعادل در روند بازسازی طبیعی و تغییر در کیفیت استخوان  باعث از بین رفتن توده استخوان ی می‌شود. این تغییرات روی ساختار، چگالی میکرو ترک‌ها و خاصیت بافت تأثیر می‌گذارد.

استخوان ‌ها ساختار بسیار پیچیده‌ای دارند. برای مثال، اگر استخوان  ران باز شود، می‌توان دید که این استخوان  از لایه خارجی ضخیم تشکیل‌شده و با لایه‌ای متخلخل پرشده است. در زیر میکروسکوپ، ساختارهای استوانه‌ای لایه متمرکز درون پوسته سخت دیده می‌شود که در اطراف رگ‌های خونی مرکزی مرتب‌شده‌اند. این لایه جداگانه تنها چند هزارم میلی‌متر ضخامت دارند و از نوعی ماده کامپوزیت فیبر طبیعی تشکیل‌شده‌اند. هرچه ماده معدنی بیشتر باشد، استخوان  سفت‌تر و شکننده‌تر است. این ساختار برای استخوان  این امکان را فراهم می‌آورد که باوجود چگالی نسبتاً کم مستحکم و مقاوم باشند. وقتی استخوان  می‌شکند، بنابراین در نظر گرفتن چگالی ئ ساختار استخوان  در سطح ماکرو کافی نیست، بلکه باید تمامی مکانیسم‌های موجود در تمامی مقیاس‌های را در نظر گرفت.

آنالیز موادی برای استخوان  

یک گروه تحقیقاتی در Empa  می‌خواهد به درک بهتر شکستگی استخوان  در سطح لایه دست پیدا کند. سرپرست گروه می‌گوید: "اگر تنها چگالی استخوان  را در نظر بگیریم، خطر شکستگی برای بیماران به‌طور متوسط نسبتاً خوب پیش‌بینی می‌شود. بااین‌حال، در موارد فردی ممکن است نتایج به‌طور چشم‌گیری متفاوت باشد و خطر شکستگی نادرست ارزیابی شود. امیدواریم که با این تحقیقات بتوانیم پیش‌بینی‌های دقیق‌تری برای هر بیمار در آینده انجام دهیم."

در تحقیق مواد محققان از روش‌هایی استفاده می‌کنند که درواقع در خانه هستند. آن‌ها از کوچک‌ترین نمونه‌های مواد استخوانی حاوی یک لایه فرد برای آزمایش کشش و فشار استفاده می‌کنند و چگونگی شکست مواد و ارتباط خواص را در سطح ریزساختاری بررسی می‌کنند. در آنالیز ریزساختاری از طیف‌سنجی رامان و میکروسکوپ‌های انتقال الکترون استفاده می‌شود. این‌ها ابزارهای بسیار پیچیده‌ای هستند که امکان مشاهده دقیق تغییرات ساختاری را فراهم می‌کنند.

در حال حاضر، تولید و آزمایش نمونه استخوانی، به‌خصوص برای تست‌های کششی، هنوز به زمان نیاز دارد.

برای انجام این کار، ابتدا باید با استفاده از پرتو یونی متمرکز، نمونه‌هایی با مهندسی تعریف‌شده از مواد تولید شود. برای اینکه بتوان در آینده نمونه‌های بیشتری در زمان کم آنالیز کرد و ارزیابی آماری آزمایش‌ها را انجام داد، بخش عمده‌ی کار فعلی شامل خودکارسازی موقعیت قلب نمونه و ایجاد مجموعه‌های اندازه‌گیری است.

تشخیص شخصی

 سؤال در مورد چگونگی استفاده از روش‌های توسعه‌یافته برای مطالعات بالینی بسیار جالب است. در حال حاضر محققانی از دانشگاه پزشکی برن، دانشگاه برن و ETH زوریخ و Empa  روی این پروژه کار می‌کنند. مواد استخوانی  از بیمارانی که ایمپلنت لگن داشته‌اند گرفته‌شده است. این ماده در مقیاس‌های مختلفی آنالیز خواهد شد. هدف این تحقیقات جمع‌آوری اطلاعاتی در مورد ویژگی‌های میکرو مکانیکی، ریزساختار، فعالیت سلولی و متابولیسم و برقراری ارتباط بین یافته‌های بالینی و داده‌های بیمار است. از این بانک اطلاعاتی می‌توان برای تعیین کیفیت استخوان  بیمار و انجام تشخیص استفاده کرد.

منبع: Empa  

لینک آگهی های پین پست :

https://pinpost.ir/adv