शोधकर्ताओं ने एक स्वतंत्र बायोमिमेटिक मचान बनाकर चूहों में क्षतिग्रस्त खोपड़ी को सफलतापूर्वक पुनर्जीवित किया है जो एक प्राकृतिक खनिज के विकास को बढ़ावा देने वाले गुणों के साथ एक पीज़ोइलेक्ट्रिक ढांचे को जोड़ता है। इस नए प्रकार की "हड्डी पट्टी" में हड्डी पुनर्जनन और पुनर्योजी चिकित्सा में व्यापक अनुप्रयोग की संभावनाएं हैं।
यांत्रिक तनाव लागू होने पर पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री विद्युत आवेश उत्पन्न करती है। हड्डी एक पीजोइलेक्ट्रिक पदार्थ है। चूँकि हड्डी में विद्युत सूक्ष्म वातावरण होता है, विद्युत संकेत हड्डी की मरम्मत प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं और हड्डी के पुनर्जनन को प्रभावी ढंग से बढ़ावा दे सकते हैं। हालाँकि, हड्डी पुनर्जनन एक जटिल प्रक्रिया है जो यांत्रिक, विद्युत और जैविक घटकों पर निर्भर करती है।
वर्तमान अस्थि पुनर्जनन रणनीतियों, जैसे कि विकास कारक-विमोचन ग्राफ्ट या मचान, की अपनी सीमाएँ हैं, जैसे दाता साइट जटिलताएँ, सीमित उपलब्धता और उच्च लागत। अब, कोरिया एडवांस्ड इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (केएआईएसटी) के शोधकर्ताओं ने हड्डी पुनर्जनन की एक अभूतपूर्व विधि विकसित की है जो हड्डियों में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले खनिज के साथ पीज़ोइलेक्ट्रिसिटी को जोड़ती है।
हाइड्रोक्सीएपेटाइट (एचएपी) हड्डियों और दांतों में पाया जाने वाला एक खनिज है जो हड्डियों की संरचना की मजबूती और पुनर्जनन में भूमिका निभाता है। दांतों के इनेमल को फिर से खनिजयुक्त बनाने और दांतों को मजबूत बनाने के लिए इसे अक्सर टूथपेस्ट में मिलाया जाता है। अध्ययनों में पाया गया है कि एचएपी ऑस्टियोजेनेसिस (हड्डी निर्माण) को बढ़ावा दे सकता है और नई हड्डियों के विकास के लिए एक मंच प्रदान कर सकता है। इसमें पीज़ोइलेक्ट्रिक गुण और खुरदरी सतह भी है, जो इसे हड्डी के विकास के लिए मचान बनाने के लिए एक आदर्श सामग्री बनाती है।
इसलिए, शोधकर्ताओं ने एचएपी को एक पॉलिमर फिल्म, पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड-ट्राइफ्लोरोएथिलीन (पी (वीडीएफ-टीआरएफई)) के पीजोइलेक्ट्रिक ढांचे में एकीकृत करते हुए एक मुक्त-खड़े बायोमिमेटिक मचान का निर्माण किया। दबाव लागू होने पर यह स्वतंत्र स्टेंट एक विद्युत संकेत उत्पन्न करता है, जो इस दृष्टिकोण को एचएपी और पी (वीडीएफ-टीआरएफई) के संयोजन वाले पिछले अध्ययनों से अलग बनाता है, जो धातु कृत्रिम अंग पर कोटिंग तक सीमित थे। वे कहते हैं, शोधकर्ताओं का नया दृष्टिकोण हड्डी पुनर्जनन के लिए एक बहुमुखी मंच प्रदान करता है जो सतह से जुड़े अनुप्रयोगों से परे है।
एचएपी के साथ और बिना एचएपी मचान की इन विट्रो तुलना में पाया गया कि एचएपी मचान पर सेल अटैचमेंट दर 10% से 15% अधिक थी। सेल कल्चर के पांच दिनों के बाद, एचएपी मचान पर सेल प्रसार दर 20% से 30% तक बढ़ गई, और ओस्टोजेनेसिस स्तर लगभग 30% से 40% तक बढ़ गया। निष्कर्षों से पता चलता है कि एचएपी मचान के पीजोइलेक्ट्रिक गुणों को अधिकतम करता है और मानव बाह्य मैट्रिक्स के समान वातावरण बनाता है, सभी ऊतकों का गैर-सेलुलर घटक जो ऊतक पुनर्जनन के लिए आवश्यक बुनियादी भौतिक संरचना और महत्वपूर्ण संकेत प्रदान करता है।
इसके बाद शोधकर्ताओं ने चूहों में अपने एचएपी/पी (वीडीएफ-टीआरएफई) मचान का परीक्षण किया, इसे जानवरों की खोपड़ी (निचले पैर की हड्डियों) में दोषों पर रखा। स्टेंट बिना किसी विकृति के छह सप्ताह तक चला। सभी चूहे बच गये; संक्रमण या सूजन संबंधी प्रतिक्रियाओं सहित कोई प्रतिकूल प्रभाव नहीं देखा गया। आरोपण के दो, चार और छह सप्ताह बाद, एचएपी मचानों से सुसज्जित चूहों की हड्डी पुनर्जनन क्षमता बिना हड्डी के गठन वाले नियंत्रण समूह की तुलना में काफी बढ़ गई थी।
अध्ययन के संबंधित लेखकों में से एक, सेउंगबम होंग ने कहा: "हमने एक एचएपी-आधारित पीजोइलेक्ट्रिक मिश्रित सामग्री विकसित की है जो 'हड्डी पट्टी' की तरह हड्डी पुनर्जनन को तेज कर सकती है। यह शोध न केवल बायोमटेरियल्स के डिजाइन के लिए एक नई दिशा का प्रस्ताव करता है, बल्कि हड्डी पुनर्जनन पर पीजोइलेक्ट्रिकिटी और सतह गुणों के प्रभावों की खोज में भी बहुत महत्वपूर्ण है।"
यह शोध एसीएस एप्लाइड मैटेरियल्स एंड इंटरफेसेज जर्नल में प्रकाशित हुआ था।