پتانسیل پوشش شیشه های بی فعال برای سرعت بخشیدن به اسپینال Fusion

همجوشی اسپینال یک روش جراحی رایج است که برای پیوستن به دو یا چند مهره در ستون فقرات استفاده می شود، اغلب برای از بین بردن درد یا تثبیت ستون فقرات پس از آسیب به طور سنتی، جراحان از پیوند استخوان برای ترویج همجوشی استفاده کرده اند، اما پیشرفت های اخیر در مواد زیستی، باز کردن امکانات جدید است.

شیشه های بی فعال چیست؟

شیشه های فعال یک نوع خاص از مواد مصنوعی است که به طور مثبت با بافت استخوان ارتباط برقرار می کند، عمدتا از سیلیکا، کلسیم، سدیم و فسفات تشکیل شده است، هنگامی که کاشته شده، شیشه ای بی فعال پیوند با استخوان، تحریک بازسازی و فرآیندهای بهبودی را تشکیل می دهد. این ماده ابتدا توسط لری هیچ در اواخر دهه 1960 توسعه یافته و از آن زمان در دندانپزشکی و یا برنامه های پزشکی استفاده شده است.

ویژگی کلیدی شیشه های بی فعال توانایی آن برای تشکیل یک لایه هیدروکسیا ⁇ بر سطح آن بر روی تماس با مایعات بدن است، این لایه از نظر شیمیایی و ساختاری شبیه به مواد معدنی طبیعی است که اجازه می دهد تا شیشه به طور مستقیم با بافت استخوان زنده پیوند یابد. انحلال شیشه همچنین آزاد می کند مانند کلسیم، فسفات و سیلیکون، که می تواند فعالیت های پوکی استخوان و تشکیل استخوان جدید را تحریک کند.

مزایای پوشش شیشه های بی فعال در Spinal Fusion

  • رشد استخوان مقاوم: شیشه های بی فعال یون هایی را آزاد می کند که پوکیژن را ترویج می دهند، و شکل گیری استخوان جدید را تسریع می کنند.
  • ادغام بهبود یافته: پوشش کمک می کند تا پیوند ایمپلنت به طور موثر با بافت استخوان موجود است.
  • زمان بهبودی کاهش یافته است؛ ترکیب سریع تر دوره بهبودی را کاهش می دهد و نتایج بیمار را بهبود می بخشد.
  • بی ثباتی: شیشه بی کنش به خوبی توسط بدن تحمل می شود، به حداقل رساندن رد یا واکنش های نامطلوب.
  • خواص آنتی میکروبی: برخی از فرمول های شیشه ای بی فعال می توانند یون هایی را آزاد کنند که مانع رشد باکتری می شوند و خطر عفونت های پس از عمل را کاهش می دهند.

مکانیسم عمل

هنگامی که یک پوشش شیشه ای بی فعال به یک ایمپلنت نخاعی اعمال می شود، بلافاصله پس از کاشت، سطح شیشه ای یک سری واکنش های شیمیایی را تحت تاثیر قرار می دهد: اول، تبادل یون بین شیشه و مایع اطراف منجر به افزایش در pH می شود، این یک لایه سیلیکا غنی از کلسیم ایجاد می کند.

در همین حال، یون های سیلیکون آزاد شده نشان داده شده است که ژن های پرماجرا مرتبط با مطالعات پوکیژن را افزایش می دهد.مطالعات گزارش داده اند که سیلیکون تحریک تکثیر و تمایز پوکی استخوان های جدید را تحریک می کند، این اقدام دوگانه - پیوند شیمیایی مستقیم و تحریک بیولوژیکی - باعث می شود یک ماده پوشش عالی برای قفس های همجوش نخاعی.

انواع شیشه های بی فعال و تکنیک های پوشش

تنوع ترکیبی

شیشه ای که به طور گسترده مورد مطالعه قرار می گیرد ۴۵S5 است که به عنوان Bioglass نیز شناخته می شود که ۴۵٪ SiO۲، ۲۴٫۵٪ CaO، ۲۴٫۵٪ Na2OOO5 و ۶٪ P2O5 فرمول های دیگر شامل S۵۳P4 و ۱۳-۹۳ است که نسبت های کمی متفاوت از اجزای آن دارند.

برای برنامه های همجوش نخاع، محققان اغلب از شیشه های بی فعال در ترکیب با مواد دیگر مانند پلیمر، فلزات یا سرامیک برای بهینه سازی خواص مکانیکی استفاده می کنند.به عنوان مثال، یک پوشش شیشه ای فعال در یک قفس آلیاژ تیتانیوم می تواند هر دو پشتیبانی ساختاری و تحریک های التهابی را فراهم کند.

روش های کاربردی

شیشه های فعال می توانند برای کاشت با استفاده از تکنیک های مختلف استفاده شوند:

  • Plasma اسپری: پودر شیشه در یک جت پلاسما ذوب شده و بر روی سطح ایمپلنت اسپری می شود، این یک پوشش ضخیم ایجاد می کند، اما می تواند ترکیب شیشه را به دلیل دمای بالا تغییر دهد.
  • ] پوشش هگل-گل: یک راه حل پیش ساز برای ایمپلنت و سپس خشک و گرم درمان شده است، این روش اجازه می دهد تا کنترل بهتر بر ضخامت پوشش و خواص شیمیایی.
  • Electrophoretic Deposition: ذرات شیشه شارژ شده بر سطح ایمپلنت در زیر یک میدان الکتریکی قرار می گیرند، این تکنیک برای هندسه های پیچیده و ساختارهای متخلخل مناسب است.
  • مانیترون Sputtering: یک پوشش نازک و متراکم با ذرات شیشه ای متخلخل از یک هدف ساخته شده است، این روش می تواند پوشش های بسیار نازک با چسبندگی قوی تولید کند.

شواهد بالینی و یافته های تحقیقاتی

مطالعات اخیر نشان داده اند که پوشش های شیشه ای بی فعال می توانند به طور قابل توجهی میزان موفقیت جراحی های همجوشی نخاع را بهبود بخشد.یک بررسی سیستماتیک منتشر شده در مجله ی سورپین در سال 2021 نشان داد که قفس های شیشه ای حاوی شیشه ای بی رحم در مقایسه با قفس های پوشیده نشده در مطالعات حیوانی پیش از بالینی، نتایج اولیه رشد استخوان را به کاهش می دهد و کاهش می دهد.

یک مطالعه بالینی قابل توجه شامل 40 بیمار مبتلا به همجوش کمر است. نیمی از یک قفس پلی ترلوتون (PEEK) پوشیده شده با شیشه های بی فعال دریافت کرد، در حالی که دیگر نیمی از آنها بدون پوشش در 12 ماه پیگیری، گروه پوشش داده شده میزان جوش 95٪ در مقابل 80٪ در گروه کنترل را نشان داد.

محققان در حال بررسی فرمول های مختلف و تکنیک های کاربردی برای بهینه سازی اثربخشی خود هستند. کارآزمایی های بالینی مداوم با هدف تأیید ایمنی و مزایای بلند مدت، به ویژه در زمینه پوکی استخوان و جراحی های تجدید نظر که کیفیت استخوان ضعیف است.

برای مطالعه بیشتر، مطالعه در مورد بی تحرکی و ادغام پوشش های شیشه ای بی فعال را ببینید: Materials 2019 - Bioactive Glass Coverages: A Review یکی دیگر از بررسی های جامع در مورد استفاده از بیوLT در جراحی نخاع بحث می کند: Bios (2020) - Bioactive در وضعیت فعلی و آینده Fusion:

مقایسه با استخوان های سنتی

همجوشی نخاع سنتی اغلب به استخوان autograft که از بیمار و #8217 برداشت می شود، وابسته است؛ iliac crest، در حالی که autograft دارای خواص عالی عملکرد استخوان است، آن را با محل اهدا کننده، عرضه محدود و کیفیت متغیر می آید. Allograft استخوان از اهدا کنندگان اجتناب از مسائل سایت اهدا کننده اما خطرات انتقال بیماری و کندتر در.

پوشش های شیشه ای بی فعال مزایای مختلفی نسبت به این روش ها ارائه می دهند.اول، آنها مصنوعی و استاندارد هستند، کیفیت ثابت را فراهم می کنند. دوم، آنها نیاز به یک سایت جراحی جداگانه را از بین می برند. سوم، پوشش می تواند برای کاهش نرخ کنترل شده، به تدریج انتقال بار به استخوان تازه تشکیل شده طراحی شود.

با این حال، شیشه های بی فعال جایگزینی مستقیم برای پیوند استخوان از نظر قدرت مکانیکی در دوره پس از عمل اولیه نیست، بهتر است به عنوان یک پوشش در ایمپلنت های بار مانند قفس، پیچ و صفحات مورد استفاده قرار گیرد و تحقیقات مداوم در حال بررسی این است که آیا ساختارهای شیشه ای متخلخل می توانند به عنوان دستگاه های جوش مستقل عمل کنند.

چالش ها و محدودیت ها

علی رغم وعده، چالش هایی برای پذیرش گسترده وجود دارد. شکننده بودن شیشه های بی فعال می تواند منجر به شکستن یا توهم پوشش در هنگام قرار دادن ایمپلنت شود. Modifications مانند اضافه کردن فاز های تقویت کننده یا استفاده از پوشش کامپوزیت می تواند کمک کند اما ممکن است فعالیت زیستی را کاهش دهد.

محدودیت دیگر تنوع در رفتار نورونی است.میزان واکنش شیشه های بی فعال بستگی به pH محلی، جریان خون و حضور سلول های التهابی دارد.در برخی بیماران، انحلال شیشه ممکن است خیلی سریع رخ دهد، ثبات مکانیکی را قبل از رشد استخوان به خطر می اندازد.

سازگاری تولید نیز یک نگرانی است. فرایند پوشش باید به دقت کنترل شود تا اطمینان حاصل شود پوشش یکنواخت و چسبندگی قوی به بستر ایمپلنت.

مسیر های آینده

ادغام پوشش های شیشه ای بی فعال در روش های ترکیب نخاعی وعده خوبی برای بهبود و کاهش عوارض دارد، زیرا پیشرفت های تحقیقاتی، این مواد می توانند در جراحی نخاع استاندارد شوند و بیماران را سریع تر بهبود و نتایج بهتر می دهند.

روند نوظهور شامل ترکیب عوامل رشد مانند پروتئین مورفیو ژنتیکی استخوان (BMP) به پوشش برای تسریع بیشتر تشکیل استخوان است، برخی از محققان در حال توسعه پوشش هایی هستند که می توانند داروها را به شیوه ای کنترل شده برای مدیریت درد یا جلوگیری از تکنیک های تولید افزودنی مانند چاپ 3D، اجازه می دهند ساخت داربست های متخلخل با پوشش شیشه ای بی فعال که تقلید از استخوان های عضلانی به طور بالقوه نیاز به از بین بردن ساختار سنتی برای قفس به طور کامل.

پوشش های مخصوص بیمار نیز ممکن است از طریق تصویربرداری از پیش جراحی و مدل سازی کامپیوتر، بهینه سازی ترکیب پوشش و ضخامت برای هر فرد و #8217؛ تراکم استخوان و الزامات همجوشی ممکن است با سنسورهای هوشمند ترکیب شود تا نظارت بر بهبود استخوان و انتقال داده ها به جراح.

در نتیجه، پوشش های شیشه ای بی فعال نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در فن آوری همجوشی نخاعی است.توانایی آنها برای پیوند شیمیایی با استخوان، تحریک پوکیژن و کاهش خطر ابتلا به عفونت آنها را به یک ابزار چند منظوره برای بهبود نتایج جراحی تبدیل می کند.با ادامه تحقیقات بالینی و نوآوری مواد، این پوشش ها احتمالا نقش مهمی در اتاق عمل ایفا خواهند کرد.