การปลูกถ่ายทางการแพทย์และอุปกรณ์ชีวการแพทย์มักจะทำให้เกิดการตอบสนองการอักเสบเนื่องจากความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ไม่ดี Apatite Coatings นำเสนอทางออกที่เป็นไปได้ แต่การยึดเกาะของเซลล์ที่ จำกัด มักเป็นสิ่งที่ท้าทาย เพื่อแก้ไขปัญหานี้นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาอนุภาคนาโน apatite ขั้นสูงสำหรับการเคลือบรากฟันเทียมด้วยการยึดเกาะของเซลล์ที่เหนือกว่า โดยการปรับค่า pH ในระหว่างการสังเคราะห์อนุภาคนาโนพวกเขาช่วยเพิ่มคุณสมบัติพื้นผิวของอนุภาคนาโนเหล่านี้เพื่อให้เกิดการตอบสนองของน้ำที่ดีขึ้นและความมั่นคงของโครงสร้างที่มากขึ้น
การปลูกถ่ายทางการแพทย์ได้เปลี่ยนการดูแลสุขภาพโดยนำเสนอโซลูชั่นที่เป็นนวัตกรรมด้วยวัสดุและเทคโนโลยีขั้นสูง อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ชีวการแพทย์จำนวนมากเผชิญกับความท้าทายเช่นการยึดเกาะของเซลล์ไม่เพียงพอซึ่งนำไปสู่การตอบสนองการอักเสบหลังจากการฝังในร่างกาย การเคลือบอะพาไทต์โดยเฉพาะอย่างยิ่งไฮดรอกซีอะพาไทต์ (HA) – รูปแบบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของอะพาไทต์ที่พบในกระดูกได้รับการแสดงเพื่อส่งเสริมการบูรณาการที่ดีขึ้นกับเนื้อเยื่อโดยรอบ อย่างไรก็ตามความเข้ากันได้ทางชีวภาพของอนุภาคนาโนอะพาไทต์ที่สังเคราะห์ขึ้นเทียมมักจะขาดความคาดหวังเนื่องจากความสามารถที่ จำกัด ของอนุภาคนาโนในการผูกมัดอย่างมีประสิทธิภาพกับเนื้อเยื่อชีวภาพ
เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Nagaoka ประเทศญี่ปุ่นได้พัฒนาวิธีการสังเคราะห์อนุภาคนาโนอะพาไทต์ที่ดัดแปลงจากพื้นผิวซึ่งส่งผลให้เกิดการยึดเกาะของเซลล์ที่ดีขึ้นนำเสนอความเป็นไปได้ใหม่สำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์แบบชีวภาพรุ่นต่อไป นำโดยดร. Motohiro Tagaya รองศาสตราจารย์ที่ภาควิชาวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมชีวภาพที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีนากาโอกะประเทศญี่ปุ่นการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการเคลือบอะพาไทต์ ผลการศึกษาครั้งนี้ได้รับการตีพิมพ์ออนไลน์ใน วัสดุและอินเทอร์เฟซที่ใช้ ACSในวันที่ 13 มกราคม 2568 และในเล่มที่ 17 ฉบับที่ 4 ของวารสารเมื่อวันที่ 29 มกราคม 2568” นอกเหนือจากดร. Tagaya แล้ว Mr. Kazuto Sugimoto จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Nagaoka, Dr. Tania Guadalupe Peñaflor Galindo จากมหาวิทยาลัย Sophia และ Mr. Ryota Akutsu จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Nagaoka ก็เป็นส่วนหนึ่งของทีมวิจัยนี้
Apatites เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่ใช้แคลเซียม-ฟอสฟอรัสโดยมีไฮดรอกซีอะพาไทต์ซึ่งเป็นรูปแบบที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่พบในกระดูก สารประกอบเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่สูง พบการศึกษาล่าสุด การเคลือบข้อต่อและรากฟันเทียมที่มีอนุภาคนาโนอะพาไทต์เป็นวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้สำหรับการปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพของ biodevices เหล่านี้ อย่างไรก็ตามอนุภาคนาโนสังเคราะห์ที่สังเคราะห์ขึ้นมักจะแสดงความสัมพันธ์ที่มีผลผูกพันกับเนื้อเยื่อชีวภาพลดลง ในหลอดทดลอง– ตามที่ดร. Tagaya และทีมงานของเขาความแตกต่างนี้สามารถเชื่อมโยงกับชั้นพื้นผิวระดับนาโนของอนุภาคนาโนอะพาไทต์
การวิจัยของดร. Tagaya นั้นได้รับแรงผลักดันจากความปรารถนาที่จะคลี่คลายความซับซ้อนของวัสดุที่เข้ากันได้ทางชีวภาพทำให้ทีมของเขาพัฒนากรอบสหวิทยาการที่ควบคุมการมีปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างระบบอะพาไทต์และระบบชีวภาพ –คุณสมบัติของชั้นพื้นผิวระดับนาโนของอนุภาคนาโนอะพาไทต์มีความสำคัญเมื่อพิจารณาสำหรับการเคลือบทางการแพทย์,” ดร. Tagaya กล่าวเสริม เขากล่าวเพิ่มเติมว่า“ในการศึกษานี้เราประสบความสำเร็จในการควบคุมชั้นพื้นผิวระดับนาโนของอนุภาคนาโน apatite โดยปูทางสำหรับเทคโนโลยีการเคลือบผิวขั้นสูงสำหรับ BiodeVices–
ทีมสังเคราะห์อนุภาคนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์โดยการผสมสารละลายน้ำของแคลเซียมและไอออนฟอสเฟต ค่า pH ของสารละลายถูกควบคุมโดยใช้สามฐานที่แตกต่างกันซึ่งรวมถึง tetramethylammonium hydroxide (TMAOH), โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) อนุภาคนาโนที่ตกตะกอนจะถูกประเมินสำหรับลักษณะชั้นผิวของพวกเขาและถูกนำมาใช้เพิ่มเติมสำหรับการเคลือบผ่านการสะสมอิเล็กโทรฟอเรติก
ผลการศึกษาพบว่าค่า pH เป็นปัจจัยสำคัญในระหว่างการสังเคราะห์เนื่องจากมันส่งผลกระทบต่อเฟสผลึกคุณสมบัติพื้นผิวและการสะสมอิเล็กโทรโฟเรติก ในการวิเคราะห์ขั้นตอนผลึกของอนุภาคนาโนพบว่าการเลือกค่า pH มีผลต่อการก่อตัวของเฟสแคลเซียมฟอสเฟตที่แตกต่างกันเช่นไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่ขาดแคลเซียม (CDHA) และไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่มีคาร์บอเนต ค่า pH ที่สูงขึ้นเป็นที่ชื่นชอบของการก่อตัวของ CHA นำไปสู่ความเป็นผลึกที่ดีขึ้นและอัตราส่วนแคลเซียมที่สูงขึ้นต่อฟอสฟอรัส (Ca/p) อัตราส่วนโมลาร์
พื้นผิวของอนุภาคนาโนอะพาไทต์แสดงสามชั้นที่แตกต่างกัน เลเยอร์/แกนภายในนั้นมีลักษณะโดยการปรากฏตัวของโครงสร้างผลึกของอะพาไทต์ เหนือชั้นอะพาไทต์คือชั้นที่ไม่ใช่ apatitic ซึ่งอุดมไปด้วยไอออนเช่นฟอสเฟตไอออนและไอออนคาร์บอเนต ชั้นนี้ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของน้ำและสร้างชั้นความชุ่มชื้น การวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิวของเลเยอร์เหล่านี้พบว่าการปรับค่า pH ช่วยอำนวยความสะดวกในการก่อตัวของชั้นที่ไม่ได้อยู่ในไอออนที่มีไอออนปฏิกิริยาเพิ่มคุณสมบัติการให้ความชุ่มชื้นซึ่งได้รับการยืนยัน
ที่สำคัญการศึกษาพบว่าในขณะที่ค่า pH ที่สูงขึ้นช่วยอำนวยความสะดวกในการก่อตัวของชั้นที่ไม่ใช่อะวาติติกการปรากฏตัวของ NA– ไอออนช่วยลดความเข้มข้นของไอออนฟอสเฟตซึ่งนำไปสู่การลดลงของปฏิกิริยาของชั้น การแนะนำของไอออนที่สำคัญโดย NaOH ยังส่งผลต่อความสม่ำเสมอของการสะสมอิเล็กโทรฟอเรติกดังที่สังเกตได้ในการศึกษากล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน เอฟเฟกต์นี้ไม่ได้สังเกตด้วย KOH แสดงให้เห็นว่าเกาะมีความเหมาะสมมากกว่า NaOH สำหรับการสร้างชั้นที่ไม่ใช่ apatitic และสร้างความมั่นใจในการเคลือบอย่างสม่ำเสมอ
ดร. Tagaya กล่าวถึงความสำคัญของการศึกษาว่า“การศึกษาครั้งนี้มุ่งเน้นไปที่การเชื่อมต่อที่สำคัญระหว่างชีวภาพและระบบชีวภาพและสามารถสร้างแรงบันดาลใจในการออกแบบพื้นผิวที่เข้ากันได้ทางชีวภาพด้วยการยึดเกาะของเซลล์พิเศษ” การค้นพบเหล่านี้อาจเป็นประโยชน์สำหรับการเคลือบผิวของความหลากหลายของชีวเวทที่มีการฝังอยู่ในร่างกายมนุษย์รวมถึงข้อต่อประดิษฐ์และรากฟันเทียม
ทีมงานมุ่งมั่นที่จะผลักดันขอบเขตของวัสดุ nanobiomaterials ปูทางสำหรับนวัตกรรมที่ก้าวล้ำในวัสดุทางการแพทย์และอุปกรณ์ที่สามารถปฏิวัติการดูแลสุขภาพและปรับปรุงผลลัพธ์ของผู้ป่วย
แหล่งที่มา:
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Nagaoka