ساخت نانو رگ مصنوعی برای جایگزینی با عروق مسدود قلبی
تیمی از محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر با استفاده از "پلی یورتان" گرید پزشکی و نانو لوله‌های کربنی به ساخت رگ مصنوعی دست یافتند که به دلیل مشابهت با عروق اصلی بدن، از آن می‌توان به عنوان جایگزین عروق مسدود قلبی بیماران مبتلا استفاده کرد.
دکتر رحیم فتوره‌چی، محقق طرح با اشاره به اهمیت طراحی و ساخت رگ مصنوعی، افزود: با این‌حال از دیدگاه بیومکانیکی مطالعات جامعی روی جایگزین‌های عروق انسان، صورت نپذیرفته است و بیشتر مطالعات بر خواص مکانیکی جایگزین‌های عروق، محدود به خواص استاتیک نظیر تنش و کرنش گسیختگی و کامپلیانس متمرکز بوده است.
وی با تاکید بر اینکه عدم تطابق خواص مکانیکی گرافت (پیوند) عروقی و رگی در ناحیه آناستوموز (اتصال گرفت به رگ) منجر به رخداد "هایپرپلازی اینتیما" (افزایش تعداد یاخته‌های بهنجار در بافت یا عضو) می‌شود، اظهار کرد: این رخداد عدم موفقیت گرافت به خصوص برای عروق طبیعی با قطر کمتر از ۶ میلی‌متر را در پی دارد.
فتوره‌چی با بیان اینکه گرافت‌های تجاری نظیر ePTFE و داکرون به وفور برای جایگزینی عروقی با قطر بالاتر از ۶ میلی‌متر که دارای جریان خون قابل توجه هستند، با نرخ ماندگاری ۸۰ تا ۹۰ درصد در بازه زمانی ۵ سال به کار می‌رود، یادآور شد: به طور کلی بر خلاف عروق طبیعی، گرافت‌های تجاری در کرنش‌های پایین و نزدیک به فیزیولوژیک، تنش‌های بسیار بالاتری را تجربه می‌کنند، به طوری که مدول الاستیک گرافت‌های تجاری تا ۱۰ برابر بالاتر از مدول الاستیک عروق طبیعی انسان در محدوده فشار های فیزیولوژیکی است که این امر منجر به عدم موفقیت در پیوند می‌شود.
وی اضافه کرد: بر این اساس گرافت‌های تجاری برای جایگزینی عروقی با قطر کمتر از ۶ میلی‌متر، با موفقیت همراه نیست و منجر به گرفتگی گرافت خواهد شد. لذا نیاز حیاتی برای جایگزین‌های عروق طبیعی قابل اتکا با خواص مکانیکی و بیولوژیکی نزدیک به عروق طبیعی احساس می‌شود.
این محقق به چالش‌های موجود در عمل قلب باز اشاره کرد و توضیح داد: در این نوع اعمال جراحی از رگ "صافینوس" برای جایگزینی شریان کرونر مسدود شده استفاده می‌شود که در ۵۰ درصد موارد بعد از گذشت ۱۰ سال، عروق مجددا دچار گرفتگی شده و نیاز به عمل "بای‌پس" مجدد است، ضمن آنکه استفاده از عروق خود شخص موجب تحمیل یک جراحی اضافه به منظور برداشتن از یک قسمت و ایمپلنت در محل دیگر بیمار خواهد شد.
وی عدم تطابق خواص بیومکانیکی را مهمترین دلیل عدم موفقیت عروق مصنوعی برای جایگزینی عروقی با قطر کمتر از ۶ میلی متر ذکر کرد و گفت: برای رفع این چالش مطالعاتی را با عنوان "طراحی، ساخت و مشخصه یابی جایگزین عروقی نانو ساختار بر پایه پلی یورتان/نانولوله‌های کربن/ژلاتین"در دانشگاه صنعتی امیرکبیر با هدف طراحی و ساخت عروق مصنوعی با خواص بیومکانیکی مشابه با شریان‌های سالم انسان اجرایی کردیم.
فتوره‌چی ماده اصلی استفاده شده در ساخت این عروق را پلی یورتان گرید پزشکی دانست و خاطر نشان کرد: در میان پلیمرهای زیست سازگار که برای طراحی و ساخت گرافت‌های عروقی استفاده می‌شود، "پلی یورتان" گرید پزشکی به سبب داشتن دو بخش نرم و سخت که در فرایند سنتز قابل کنترل است، مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است؛ چراکه گرافت‌های بر پایه پلی یورتان در مقایسه با گرافت‌های تجاری بسیار نرم‌تر بوده و انطباق بیشتری به عروق طبیعی دارد.
وی نانو لوله‌های کربن و پلیمر ژلاتین را از دیگر مواد استفاده شده در ساختار این رگ مصنوعی عنوان کرد و ادامه داد: همچنین سلول‌های "اندوتلیال" مورد نیاز در این مطالعات از طریق انستیتو پاستور تامین شد و برای اولین بار از نانو ساختار بر پایه پلی یورتان گرید پزشکی، نانو لوله‌های کربن و پلیمر ژلاتین برای ساخت عروق مصنوعی استفاده شد. عروق مصنوعی ساخته شده خواص مکانیکی بسیار مناسبی در مقایسه با شریان‌های سالم انسان دارد و همچنین بستر این عروق شرایط بسیار مناسبی برای رشد، تکثیر و چسبندگی سلول‌های اندوتلیال دارد.
به گفته این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ۷۰ درصد از مواد به کار رفته در این پروژه در داخل کشور قابل تامین و ۳۰ درصد آن وارداتی است، ضمن آنکه کلیه فرایند ساخت و مباحث مربوط به آزمون‌های بیولوژیکی در داخل کشور صورت گرفته است.
فتوره‌چی روش ساخت در این پروژه را روش الکتروریسی ذکر کرد و یادآور شد: این روش این امکان را به ما داد که ماده کامپوزیت را به شکل نانو فیبر تولید کنیم، ضمن آنکه رگ مصنوعی تولید شده حاوی مجموعه‌ای از نانو فیبرها است. نانو فیبر ها به سبب تخلخل بالا و نسبت سطح به حجم بالا شباهت بی‌نظیری به ماتریس خارج سلولی دارند و بستر بسیار مناسبی برای رشد و چسبندگی سلولی خواهند بود.
وی با اشاره به نتایج مطلوب آزمون‌های مطالعات مکانیکی و بیولوژیکی خارج از بدن (In vitro) به دست آمده، اظهار کرد: بر این اساس در حال آماده سازی نمونه‌هایی برای استفاده در بدن گوسفند و جایگزینی شریان آئورت این حیوان هستیم. در صورت کسب نتایج مناسب اقدامات لازم برای تجاری‌سازی و همچنین گرفتن مجوزهای لازم برای ایمپلنت کردن در بدن انسان صورت خواهد گرفت که معمولا این پروسه بین سه تا ۱۰ سال زمان نیاز دارد.
مجری طرح با اشاره به اهمیت دستاوردهای این مطالعات، تاکید کرد: در ۳۰ درصد موارد فرد بیمار به دلیل استفاده در عمل‌های قبلی و سن بالا در بدن خود رگ جایگزین مناسب ندارد که در این موارد نیاز به عروق مصنوعی بیش از بیش احساس می‌شود و در صورت نهایی‌سازی این طرح و گرفتن مجوزهای مربوط برای ایمپلت در بدن انسان، این طرح می‌تواند مشکلات این بیماران را مرتفع کند.
وی انتشار دو مقاله در دو مجله معتبر را از دیگر دستاوردهای این طرح نام برد.
این طرح از سوی دکتر رحیم فتوره‌چی دانش آموخته و به راهنمایی دکتر سید عطاءالله هاشمی و دکتر نبی‌الله ابوالفتحی و مشاوره دکتر عاطفه سلوک از اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر الکساندر سیفعلیان اجرایی شد.