پوست مصنوعی از سیلیکون: انقلاب جدید در مهندسی پزشکی برای شکست عفونت‌ها!

کاربردهای نوین پروتزهای سیلیکونی در مهندسی پزشکی

یادمون میاد توی فیلم “گرینچ” چقدر آرایشگرها وقت میذاشتن تا چهره جیم کری رو با این پروتزها بپوشونن و اون موجود سبزِ بداخلاق رو بسازن. حالا، طبق یه تحقیق جدید از دانشگاه تگزاس A&M، این پروتزهای پیچیده که معمولاً با موادی مثل سیلیکون ساخته میشن، ممکنه یه کاربرد غیرمنتظره و البته خیلی مفید توی مهندسی پزشکی پیدا کرده باشن.

این تحقیق که توی مجله‌ی Scientific Reports منتشر شده، نشون می‌ده که محققان تونستن نسخه‌هایی واقع‌گرایانه از پوست رو با استفاده از Ecoflex بسازن، که یه نوع سیلیکون هستش. این ماده می‌تونه به عنوان یه بستر برای ارزیابی خطرات عفونت‌های باکتریایی که از کاتترهای وریدی میان و همچنین آزمایش سنسورهای پوشیدنی و بقیه‌ی کاربردهای پزشکی استفاده بشه. نتایج این تحقیق نشون می‌ده که این نسخه‌های پوست که با Ecoflex ساخته شدن، می‌تونن طوری طراحی بشن که بافت، خاصیت مرطوب شدن و کشسانی پوست واقعی رو شبیه‌سازی کنن و شرایطی رو که باکتری‌ها توش رشد و چسبندگی دارن رو ایجاد کنن.

مجید عثمان الثرمری، که دانشجوی مقطع دکترا توی دپارتمان مهندسی پزشکی دانشگاه تگزاس A&M و نویسنده‌ی اصلی این مقاله هست، گفت: “ما باور داریم که این ماده پتانسیل خیلی زیادی داره برای مطالعه‌ی عفونت‌ها توی محل ورود به بدن، به خاطر باکتری‌های طبیعی که روی پوست هستن.” اون اضافه کرد: “هدف ما این بود که یه ماده درست کنیم که شبیه پوست باشه، اونم با موادی که راحت بشه خریدشون. Ecoflex نه تنها استفاده‌ش آسونه، بلکه می‌شه سریعاً بدون مراحل اضافی اونو عمل آورد که این خیلی راحته.”

به طور متوسط، توی هر سانتی‌متر مربع پوست ما حدود یه میلیون باکتری وجود داره. شایع‌ترینشون استافیلوکوک هستش، به خصوص گونه‌ی استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس که به عنوان ساکن همیشگی میکروبیوم پوست شناخته می‌شه. عفونت‌ها معمولاً وقتی اتفاق می‌افتن که روی پوست بریدگی، شکستگی یا زخمی باشه که به باکتری اجازه می‌ده وارد جریان خون بشه. در واقع، یه عفونت نسبتاً رایج توی بیمارستان‌ها به خاطر گذاشتن جراحی لوله‌ها یا کاتترها توی رگ‌ها است. هر سال، حدود 80 هزار عفونت مربوط به کاتتر توی بخش‌های مراقبت ویژه توی آمریکا رخ می‌ده که اهمیت بهداشت عمومی این موضوع رو نشون می‌ده.

الثرمری گفت: “ما توی پیدا کردن راه‌حل‌هایی برای پیشگیری از عفونت‌های ناشی از کاتترهای وریدی کند عمل کردیم. یکی از دلایلش می‌تونه این باشه که ما بستر مناسبی برای آزمایش طراحی‌های جدید کاتتر یا تکنولوژی‌های حسگر زیستی پوشیدنی نداریم و همچنین به آموزش کارکنان برای کم کردن تعداد عفونت‌ها نیاز داریم.”

تحقیقات جدید در زمینه‌ی مدل‌سازی پوست مصنوعی با استفاده از Ecoflex

برای رفع این کمبود، محققان به سراغ Ecoflex 00-35 رفتن. این ماده، یه لاستیک زیست‌سازگار و زودگیره که توی کاربردهای مختلفی استفاده می‌شه، از جمله پروتزها برای جلوه‌های ویژه. اول از همه، اونا قالب‌هایی از نقاط معمول ورود وریدی، مثل آرنج‌ها، دست‌ها و ساعدها درست کردن. بعد با ریختن Ecoflex توی قالب‌هایی که شامل استخوان‌های مصنوعی و لوله‌هایی به عنوان رگ بودن، مدل‌هایی شبیه پوست تولید کردن.

توی مرحله‌ی بعد، محققان آزمایش کردن که آیا مدل‌های پوست Ecoflex ویژگی‌هایی مشابه پوست واقعی دارن یا نه. اونا قابلیت مرطوب‌پذیری، چسبندگی باکتری‌ها و خواص مکانیکی مثل کشسانی و مقاومت رو اندازه‌گیری کردن. نتایج نشون داد که مدل‌های Ecoflex می‌تونن زبری پوست انسان رو با اختلاف خطای ۷.۵٪ شبیه‌سازی کنن. همچنین، عکس‌های با کیفیت بالا نشون داد که باکتری‌ها می‌تونن به مدل پوست بچسبن و روش رشد کنن.

توی یه آزمایش کلیدی، محققان ورود یه کاتتر وریدی به یه مدل دست Ecoflex رو که خودشون ساخته بودن، شبیه‌سازی کردن. این دست مصنوعی به خوبی مراحل رشد باکتری‌ها رو نشون داد و نوید این رو می‌داد که این مدل‌ها می‌تونن برای پیاده‌سازی کنترل عفونت و بهتر کردن طراحی دستگاه‌های پزشکی مثل کاتترها استفاده بشن. با این حال، محققان اشاره کردن که آزمایش‌های فعلیشون به طور کامل شرایط دنیای واقعی رو مدل‌سازی نمی‌کنن.

دکتر هاتیچه جیلان کایدیمیر، نویسنده‌ی مسئول این تحقیق و استادیار توی بخش مهندسی بیومدیکال گفت: “ساخت مدل‌های واقعی پوست که بتونن پوست انسان رو شبیه‌سازی کنن، یه قدم اولیه‌ی مهم هستش.” اون اضافه کرد: “ولی ما فکر می‌کنیم که اضافه کردن عناصر بیشتر، مثل مایعات بدن و بقیه شرایط بالینی مرتبط توی آزمایش‌های آینده، می‌تونه یافته‌های ما رو تقویت کنه و پتانسیل Ecoflex رو برای کاربردهای پزشکی بیشتری تأیید کنه.”

دیگه همکارای این تحقیق شامل آزرای یپراک تارمان، که دانشجوی دکترا توی بخش مهندسی بیومدیکال هستن. این تحقیق تا حدودی توسط مؤسسه ملی علوم پزشکی عمومی (یکی از مؤسسات ملی بهداشت)، دفتر تحقیقات دریایی وزارت دفاع و مرکز تحقیقات مهندسی PATHS-UP که توسط بنیاد ملی علوم تأمین مالی شده، حمایت شده. محققان همچنین از بخش مهندسی بیومدیکال، مرکز فناوری‌ها و سیستم‌های بهداشت از راه دور، ایستگاه آزمایش مهندسی تگزاس A&M، تأسیسات نانوساخت AggieFab و تأسیسات مواد نرم هم حمایت‌های بیشتری دریافت کردن.

“`