ساخت نوع جدیدی از کیج‌ها برای درمان دیسک بین‌مهره‌ای
دانش‌آموخته دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان موفق به ساخت نوع جدیدی از کیج‌های بین ستون فقرات برای درمان بیماری دیسک بین‌مهره‌ای شده است. کیج‌های ساخته شده در آزمون‌های عملی مختلف ارزیابی و رفتار مکانیکی آن‌ها از طریق چند نرم‌افزار شبیه‌سازی شده است.
به تازگی محمد رشادی‌نژاد، دانش‌آموخته مقطع کارشناسی‌ارشد مهندسی مکانیک از دانشگاه صنعتی اصفهان موفق به ساخت نوع جدیدی از کیج‌های بین ستون فقرات شده است. این پژوهشگر حوزه مهندسی مکانیک در گفت‌وگو با ایسنا و در توضیح این ابداع خود گفت: موضوع این پروژه طراحی، ساخت و مشخصه‌یابی کیج‌های بین‌مهره‌ای است. اگر بر اثر کهولت سن یا وقایع غیرمترقبه، کیج‌های کمر به‌خصوص ناحیه کیج‌های کمری که ۱L تا ۵Lرا شکل می‌دهند و از این میان مخصوصاً ۴L و ۱S _ ۵L، دچار آسیب شوند، قابلیت آن‌ها در جذب انرژی یا درواقع انعطافشان از میان می‌رود.
او ادامه داد: پس از آن، لایه پیرامونی و در کل ارتفاع دیسک کاهش پیدا می‌کند؛ یعنی دو مهره به یکدیگر نزدیک می‌شوند. در این زمان، لایه پیرامونی دیسک یک برآمدگی پیدا می‌کند. اگر این آسیب به‌قدری پیشرفت کند که لایه پیرامونی دیسک پاره شود، ماده ژلاتینی یا هستۀ دیسک روی اعصاب نخاعی فشار می‌آورد.
این دانش آموخته دانشکده مهندسی مکانیک با بیان اینکه این فشار وارد شده به اعصاب نخاعی پیامدهایی دارد، اضافه کرد: فرد آسیب‌دیده در این مرحله احساس درد می‌کند. ستون مهره‌ها، اعصاب سیاتیک، کمر و پاها همگی درگیر این حس ناخوشایند می‌شوند. در این مواقع، فرد به پارگی یا فتق دیسک دچار شده است و به درمان نیاز دارد. راه‌حل درمانی آن نیز معمولاً عمل جراحی است.
عمل جراحی چنین دیسکی به همجوشی مهره‌ای یا فیوژن معروف است و روند خاصی دارد که رشادی‌نژاد توصیفش کرد: در این عمل، دیسک آسیب‌دیده را از بین دو مهره تخلیه می‌کنند. سپس یک نوع ایمپلنت، یعنی کیج را که کاشتنی است بین آن دو مهره قرار می‌دهند. این کیج می‌تواند از جنس پلیمر یا فلز باشد. در سال‌های اخیر استفاده از فلز یا آلیاژ تیتانیوم بیش از نمونه‌های دیگر مورد توجه بوده است.
ضرورت تولید کیج‌های متخلخل سه‌بعدی از جنس تیتانیومی
این دانش‌آموخته مهندسی که پروژه کنونی موضوع پایان‌نامه‌اش همین موضوع و در حال حاضر دفاع کرده است، در تحلیل استفاده از تیتانیوم برای ساخت کیج بیان کرد: پلیمر عملاً خواص نزدیک به استخوان را دارد، اما تیتانیوم به‌دلیل برخورداری از زیست‌سازگاری بیشتر، استحکام و خواص مکانیکی آلیاژی است که نمی‌توان آن را نادیده گرفت و اکنون تمایل به استفاده از آن فراوان است.
تیتانیوم سفتی و سختی خاصی در مقایسه با استخوان انسان دارد که پژوهشگر علم مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان در باب آن تاکید کرد: تیتانیوم در مقایسه با استخوان آدمی سفت‌تر است و بنابراین اگر به‌صورت توپُر در تماس با سطح استخوان قرار بگیرد، آن را دچار آسیب و خوردگی می‌کند.
او که برای رفع نقص یادشده در ابداعش از تیتانیوم متخلخل استفاده کرده است، افزود: در این پروژه تیتانیوم را به‌صورت متخلخل طراحی کردیم. در واقع، از ساختارهای سلولی مختلف در کیج مدنظرمان بهره گرفتیم، به‌طوری‌که خواص آن از نظر سفتی به استخوان انسان نزدیک باشد، اما به آن آسیب نزد. به بیان دیگر، استخوان را دچار خوردگی نکند.
تاکنون کیج‌های متخلخل متنوع با ساختارهای مختلفی به‌دست این مبدع ساخته شده که درباره‌شان اظهار کرد: این کیج‌های گوناگون از نظر میزان تخلخل با یکدیگر فرق دارند. تمامی آن‌ها را نیز در آزمون‌های عملی مختلف ارزیابی یا رفتار مکانیکی‌شان را از طریق چند نرم‌افزار شبیه‌سازی کرده‌ایم.
رشادی‌نژاد یادآور شد: در این پژوهش، آن ساختار سلولی که از نظر رفتاری بیش از بقیه به استخوان شباهت داشت، برگزیدیم. هندسه کیج را بر اساس همین نمونه طراحی کردیم. رفتار این کیج نیز در محیط بیرون از بدن شناسایی و بررسی شد که نتیجۀ مثبت و رضایت‌بخشی داشت.
در این پژوهش از پرینتر سه‌بعدی نیز استفاده شده است که این پژوهشگر مکانیک در خصوص آن خاطرنشان کرد: چون این کیج‌ها متخلخل هستند، ساختار سلولی دارند و از هندسه‌ای پیچیده برخوردارند، به روش‌های معمول قابل‌ساخت نبودند. ازاین‌رو، ما از پرینتر سه‌بعدی فلز یا چاپ سه‌بعدی برای تولیدشان بهره بردیم.
ادامه پژوهش در مسیر تجاری‌سازی
این پژوهش همچنان ادامه دارد و در مرحلۀ توسعه و تکمیل است. دانش‌آموخته دانشگاه صنعتی اصفهان در واکاوی آن گفت: اکنون اصلی‌ترین کاری که به بررسی آن نظر داریم، انجام تست‌های خستگی و ارزیابی‌های زیستی آن است. اگر از این مرحله نیز با نتایج مثبت عبور کنیم، در عرصه تجارت نیز به کار خواهد رفت یا به عبارت دیگر تجاری‌سازی آن محقق می‌شود.
او در معرفی استادان راهنما و مشاورش که زیرنظر آن‌ها پایان‌نامه خود را نوشته است، گفت: محسن بدرالسمایی، عضو هیئت‌علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان و احسان فروزمهر، عضو هیئت‌علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان، استادان راهنمای من بودند. عباس قائی، عضو هیئت‌علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان نیز مشاورم بود.
رشادی‌نژاد که به دریافت گرنت پژوهشی از دانشگاه صنعتی اصفهان موفق شده است، درباره تأمین هزینه‌های این پروژه بیان کرد: روند این پژوهش و ابداع کیج‌های آن بسیار گران بود و با توجه به تورم روزبه‌روز گران‌تر هم می‌شود. خوشبختانه دانشگاه صنعتی اصفهان از من حمایت مالی کرد. همچنین، از طریق استادانم از کمک‌های یک شرکت در شهرک علمی تحقیقاتی اصفهان بهره‌مند شدم تا این ابداع محقق شود.
