در دنیای رو به پیشرفت علم بیومواد و مهندسی بافت، نیاز به ابزارهای کارآمد برای ارزیابی رفتار مواد در محیط بیولوژیکی بدن بیش از پیش احساس می‌شود. در این راستا، محلول شبیه‌سازی‌شده بدن (Simulated Body Fluid) که به‌اختصار SBF نامیده می‌شود، به‌عنوان یک ابزار کلیدی در مطالعات آزمایشگاهی (in vitro) به کار گرفته شده‌است. SBF محلولی با غلظت یونی مشابه با پلاسمای خون انسان است که در شرایط دمایی و pH فیزیولوژیکی بدن (تقریباً ۳۷ درجه سانتی‌گراد و pH حدود ۷٫۴) نگهداری می‌شود. این محلول برای اولین بار توسط کوکوبو و همکارانش برای بررسی تغییرات بر روی سطوح سرامیک‌های شیشه‌ای زیست‌فعال معرفی شد و از آن زمان تاکنون به یکی از پرکاربردترین ابزارها در تحقیقات بیومواد تبدیل شده‌است.
کاربردها و اهمیت SBF
SBF به دلیل توانایی‌اش در شبیه‌سازی محیط بدن، کاربردهای گسترده‌ای در زمینه بیومواد دارد که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- ارزیابی زیست‌فعالی (Bioactivity) مواد: یکی از اصلی‌ترین کاربردهای SBF، بررسی قابلیت مواد برای تشکیل لایه آپاتیت (ترکیب کلسیم فسفات مشابه استخوان) بر روی سطح آن‌هاست. تشکیل این لایه آپاتیت به‌عنوان یک معیار مهم برای زیست‌فعالی و قابلیت پیوند ماده با بافت استخوانی زنده در نظر گرفته می‌شود. مواد زیست‌فعال پس از غوطه‌وری در SBF، یون‌های کلسیم و فسفات موجود در محلول را مصرف کرده و به‌طور خودبه‌خودی لایه آپاتیت را بر سطح خود تشکیل می‌دهند. این فرایند نشان‌دهنده پتانسیل ماده برای اتصال به استخوان در داخل بدن است.
- تست زیست‌سازگاری (Biocompatibility) مواد: SBF به محققان کمک می‌کند تا واکنش مواد مختلف (مانند فلزات، سرامیک‌ها، پلیمرها و کامپوزیت‌ها) را در مواجهه با محیط فیزیولوژیکی بدن ارزیابی کنند. این شامل بررسی پایداری مواد، رهایش یون‌ها، و تغییرات سطح در طول زمان می‌شود.
- مطالعه رفتار خوردگی مواد در محیط بدن: برای موادی مانند آلیاژهای فلزی که در ایمپلنت‌ها به کار می‌روند، بررسی رفتار خوردگی در محیط شبیه‌سازی‌شده بدن بسیار حائز اهمیت است. SBF محیطی مناسب برای ارزیابی مقاومت به خوردگی این مواد فراهم می‌کند.
- پوشش‌دهی ایمپلنت‌ها: SBF می‌تواند در فرآیندهای پوشش‌دهی سطوح ایمپلنت‌ها با لایه‌های زیست‌فعال مانند هیدروکسی‌آپاتیت نقش داشته باشد. این پوشش‌ها می‌توانند قابلیت ادغام ایمپلنت با استخوان را به میزان قابل‌توجهی بهبود بخشند.
- مهندسی بافت (Tissue Engineering): در مهندسی بافت، SBF برای ارزیابی داربست‌های سه‌بعدی و کامپوزیت‌های طراحی‌شده برای ترمیم یا بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده، به‌ویژه استخوان، استفاده می‌شود. تشکیل آپاتیت بر روی این داربست‌ها نشان‌دهنده پتانسیل آن‌ها در هدایت رشد سلول‌های استخوانی است.
- ژن‌درمانی: مطالعات نشان داده‌اند که SBF می‌تواند در سنتز نانوذرات کلسیم فسفات برای انتقال ژن‌ها به هسته سلول‌ها مؤثر باشد. کمپلکس‌های DNA با نانوذرات کلسیم فسفات که در SBF تهیه شده‌اند، کارایی انتقال ژن بالاتری نسبت به نمونه‌های تهیه‌شده در آب خالص از خود نشان داده‌اند.
نتایج حاصل از مطالعات با SBF
بررسی نتایج مقالات مختلف نشان می‌دهد که استفاده از SBF اطلاعات ارزشمندی در مورد رفتار بیومواد فراهم می‌کند:
- تشکیل لایه آپاتیت و زیست‌فعالی: نتایج بسیاری از تحقیقات، تشکیل لایه کلسیم فسفات آمورف و سپس کریستالی آپاتیت را بر روی سطح مواد غوطه‌ور در SBF نشان می‌دهد. به‌عنوان مثال، در مورد شیشه‌های زیستی، تماس با SBF منجر به تغییر در pH و غلظت یون‌ها شده و نهایتاً تشکیل لایه هیدروکسی‌آپاتیت را تأیید می‌کند که نشان‌دهنده زیست‌فعالی آن‌هاست. همچنین، آلیاژهای منیزیم پوشش‌داده‌شده، توانایی بالایی در تشکیل آپاتیت در SBF از خود نشان می‌دهند که آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای ایمپلنت‌های استخوانی تبدیل می‌کند.
- بررسی خواص مکانیکی: در برخی مطالعات، غوطه‌وری نمونه‌ها در SBF منجر به کاهش استحکام فشاری می‌شود. این پدیده ممکن است به دلیل تخریب جزئی ماده و رهایش یون‌ها در طول زمان باشد، اما با تشکیل لایه آپاتیت بر سطح ماده، ممکن است در درازمدت به بهبود عملکرد بیومکانیکی کمک کند.
- بهبود سطح ایمپلنت‌ها: تحقیقات نشان داده‌اند که با اصلاح سطح ایمپلنت‌های فلزی (مانند آلیاژهای تیتانیوم) و غوطه‌وری آن‌ها در SBF، می‌توان تشکیل لایه آپاتیت را تسریع کرد. این امر موجب افزایش چسبندگی استخوان به ایمپلنت و بهبود عملکرد آن در بدن می‌شود.
- تغییرات در ترکیب و ریزساختار: آنالیزهایی مانند XRD (پراش اشعه ایکس)، SEM (میکروسکوپ الکترونی روبشی) و FT-IR (طیف‌سنجی فروسرخ) به‌طور معمول برای بررسی تغییرات فازی، ریزساختار و گروه‌های عاملی تشکیل‌شده بر روی سطح مواد پس از غوطه‌وری در SBF استفاده می‌شوند. این آنالیزها تأیید می‌کنند که لایه آپاتیت با ساختاری شبیه به استخوان بر روی سطح ماده تشکیل شده‌است.
- اثر غلظت یون‌ها و زمان: مطالعات نشان داده‌اند که افزایش غلظت یون‌های کلسیم و فسفات در SBF می‌تواند فرآیند تشکیل لایه آپاتیت را تسریع کند. همچنین، زمان غوطه‌وری نیز عامل مهمی است؛ معمولاً برای تشکیل لایه آپاتیت یکنواخت، حداقل ۷ روز غوطه‌وری در SBF با تعویض روزانه محلول توصیه می‌شود.
SBF به دلیل سادگی، هزینه کم و قابلیت تکرارپذیری، همچنان به‌عنوان یک روش استاندارد و پایه برای ارزیابی اولیه بیومواد در آزمایشگاه به کار می‌رود. توسعه نسخه‌های اصلاح‌شده SBF با افزودن پروتئین‌ها یا دیگر ترکیبات بیولوژیکی و همچنین ترکیب آن با روش‌های کشت سلول، می‌تواند دقت شبیه‌سازی را افزایش داده و به پیشرفت‌های بیشتری در طراحی و تولید بیومواد زیست‌فعال و زیست‌سازگار کمک کند.
با AMINBIC به روز بمانید️
