أبوظبي: عبد الرحمن سعيد
طور فريق بحثي من جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا، هيكلاً من التيتانيوم للاستخدام في عمليات جراحة العظام، يتميز شكله الهندسي بهيكل النمط الثلاثي المتكرر محدود المساحة السطحية، ما يمكنه من علاج مشكلة عدم التطابق بين العظام المزروعة والمحيطة بها، فضلاً عن أنه يسهم في توفير العديد من المزايا، مقارنة بغيره من هياكل التيتانيوم التقليدية؛ حيث يتمتع بشكل هندسي فريد من نوعه وقدرة في التحكم.
أوضح الفريق البحثي أن الهيكل الجديد يوفر مجموعة متنوعة من المزايا في مجال زراعة العظام، تشمل الصلابة المحسنة ومقاومة التآكل.
وقد نشر الفريق البحثي نتائجهم البحثية في المجلة الدولية «كومبوزيت ستركتشرز»، وهي مجلة علمية متخصصة في نشر المعرفة بين الباحثين والمصنعين والمصممين المهتمين بالهياكل والمكونات الهيكلة المصنوعة باستخدام المواد المركبة، وضم الفريق كلاً من الدكتور نغوين فان فيت، والدكتور وقاس وحيد، وهما زميلا دكتوراه، والدكتور أنس العزام، أستاذ مشارك في الهندسة الميكانيكية، والدكتور وائل زكي، أستاذ الهندسة الميكانيكية.
وبيّن الفريق أن هيكل النمط الثلاثي المتكرر محدود المساحة السطحية، يعرف بأنه شكل هندسي يتكون من أسطح منحنية ذات نمط متكرر يحد من مساحة السطح، ويحافظ على سلامة الهيكل، وتتكون العظام من مواد مركبة ذات خلايا مفتوحة تختلف خصائصها الميكانيكية وفقاً للموقع التشريحي واتجاه التحميل؛ لذلك يعد تغيير المواد بشكل يلائم المتطلبات المختلفة أمراً محبذاً بشكل كبير.
وأكدوا أن أهمية فهم السلوك الضغطي تكمن في زراعة التيتانيوم مكرر النمط محدود الأسطح لدى القشور العظمية والعظام الإسفنجية في تطوير زراعة فاعلة في مجال العظام، فإذا لم يتحقق فهم السلوك الضغطي قد تخفق الزراعات في أداء وظيفتها، الأمر الذي يسبب مزيداً من التعقيد للمريض.
وأشاروا إلى أن العظام الإسفنجية توجد في نهايات العظام الطويلة وفي المواقع الأخرى التي تلتقي فيها العظام لتشكل المفاصل، وتتميز العظام الإسفنجية بأنها أقل كثافة وأكثر مرونة من القشرية، كما يسهم الهيكل المسامي للعظام الإسفنجية في توفير مساحة سطحية كبيرة لالتصاق خلايا العظم والأوعية الدموية، ولإتاحة انتقال الأحمال الميكانيكية ضمن النسيج العظمي.
وقال الدكتور وائل زكي: «تعد المواد المسامية المتدرجة مهمة في تطبيقات زراعة العظام، لأنها تتيح التحكم في تصميم الخصائص الميكانيكية الفاعلة من خلال توفير إمكانية إضافة التدرج الهيكلي في التركيب والمسام والحجم، ويمكن هندسة هذه التدرجات، للحد من مساحة الأسطح الداخلية؛ بهدف تسهيل التصاق الخلايا، كما يتيح التحكم بهذه التدرجات، تصميم هيكل المادة بشكل يطابق صلابة العظام». وأضاف أن عدم التطابق في الصلابة بين الزرعة والعظام مسألة رئيسية؛ تتمثل في أثر الحماية من الضغط الناتج في موقع الزرع والذي قد يؤدي إلى حدوث ارتشاف العظام وحينها يجب مراجعة العملية.
وفي إطار دراسة السلوك الضغطي لزراعات هياكل التيتانيوم مكررة النمط ومحدودة الأسطح، استعان الباحثون بتحليل محدود العناصر وتقنية حوسبية؛ بهدف محاكاة سلوك الأنظمة المعقدة في ظروف مختلفة، وقاموا بنمذجة هياكل الزراعات في درجات متنوعة، وتقييم توزيع الإجهاد والضغط.
وقد لاحظ الباحثون أن الزراعات ذات القشور العظمية والقشور الإسفنجية قد أظهرت أداءً ميكانيكياً متميزاً، مقارنة بغيرها من زراعات التيتانيوم التقليدية ذات النمط الواحد، وأن معامل الضغط الفعّال للزرعة الناشئة بالعظم الإسفنجي كان أعلى منه في العظم القشري.
وأضاف د. وائل زكي: «أظهرت براهين التجارب أنه يمكن لخلايا العظام أن تملأ التجاويف في الزراعات المسامية، الأمر الذي يؤثر في السلوك الميكانيكي للزرعة؛ حيث يقوم العظم الناشئ بدعم هيكل التيتانيوم فوق منطقة العظم الإسفنجي وبالتالي زيادة صلابتها ومقاومة عالية الفاعلية للضغط».
