กระดูกทดแทน ตอนที่ 1

เผยแพร่บทความนี้

กระดูกจัดได้ว่าเป็นวัสดุผสมชนิดหนึ่ง โดยกระดูกมีส่วนประกอบหลักโดยน้ำหนัก คือ คอลลาเจน ประมาณ 20 % แคลเซียมฟอสเฟส ประมาณ 69 % และน้ำประมาณ 9 % ที่เหลือเป็นสารอินทรีย์อื่น ๆ เช่น โปรตีน น้ำตาล และไขมัน ในปริมาณเล็กน้อย โดยคอลลาเจนจะมีเนื้อพื้น (matrix) ที่อยู่ในรูปไมโครไฟเบอร์และยากที่จะสังเกตเห็นคอลลาเจนอย่างชัดเจน เพราะมีลักษณะเหมือนตาข่ายและไมโครไฟเบอร์จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ในช่วง 100-2,000 nm โดยแคลเซียมฟอสเฟตเป็นอัญรูปซึ่งเป็นส่วนประกอบที่ทำให้กระดูกแข็งแรง แคลเซียมฟอสเฟตจะอยู่ในรูปผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์ ผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์จะมีรูปร่างเป็นแผ่นหรือเข็ม ยาวประมาณ 40-60 nm กว้าง 20 nm และหนาประมาณ 1.5-5 nm โดยฝังตัวขนานอยู่กับคอลลาเจนไฟเบอร์ ทำให้ทิศทางส่วนใหญ่ของผลึกจะอยู่ในแนวแกนยาวของไฟเบอร์เป็นผลทำให้เฟสของแร่ที่เป็นส่วนประกอบของกระดูกจะรวมตัวกันกับผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์และมีความต่อเนื่อง ทำให้กระดูกมีสมบัติเชิงกลที่ดีมาก กระดูกนอกจากจะเป็นโครงสร้างที่รองรับแรงเชิงกลแล้วนั้น ยังเป็นแหล่งสำหรับชดเชยแร่ธาตุที่สูญเสียไปอีกด้วย โดยเฉพาะแคลเซียมและฟอสฟอรัส แม้ว่ากระดูกจะมีความสามารถในการสร้างเซลล์กระดูกใหม่ได้หรือสามารถงอกออกมาใหม่ได้ด้วยตัวเองในอัตราที่แน่นอนโดยไม่มีรอยแผลเป็นเกิดขึ้น แต่ในหลาย ๆ สภาวะจำเป็นจะต้องใช้วัสดุปลูกถ่ายทดแทนกระดูก (bone grafts) เพื่อทดแทนกระดูกที่เกิดความบกพร่องเนื่องจากบาดแผลที่เกิดจากอุบัติเหตุหรือไม่ได้เกิดบาดแผลแต่มีการติดเชื้อหรือเนื้องอก ความต้องการในการสังเคราะห์วัสดุปลูกถ่ายทดแทนกระดูกขึ้นอยู่กับระดับของความบกพร่อง ตัวอย่างเช่น ถ้าเกิดความบกพร่องเล็กน้อย กระดูกจะสามารถงอกออกมาใหม่ได้ด้วยตัวเองภายในเวลา 2-3 สัปดาห์ ดังนั้นจึงไม่ต้องทำการผ่าตัด ส่วนในกรณีที่มีความบกพร่องอย่างรุนแรงและมีการสูญเสียกระดูกส่วนใด ๆ ไปนั้น กระดูกจะไม่สามารถรักษาตัวเองได้ จำเป็นต้องใช้กระดูกปลูกถ่ายทดแทนเพื่อซ่อมแซมการทำงาน โดยต้องไม่สร้างความเสียหายต่อเนื้อเยื่อรอบ ๆ


ในปัจจุบันมีหลายวิธีสำหรับการรักษาและซ่อมแซมกระดูกที่เกิดจากความบกพร่องเนื่องจากอุบัติเหตุหรือการติดเชื้อ ซึ่งรวมถึงวิธีการดั้งเดิม คือ ใช้กระดูกของตัวผู้ป่วยเอง (autograft bone) และกระดูกที่ได้รับการบริจาคจากผู้อื่น (allograft bone) ที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นวิธีการรักษาที่เป็นมาตรฐานในทางคลินิก แต่วิธีการเหล่านี้มีข้อจำกัดหลายประการ เช่น กระดูกของผู้ป่วยจะหาได้เฉพาะในปริมาณที่มีจำกัดและต้องทำการผ่าตัดถึง 2 ครั้ง จึงอาจจะทำให้ตำแหน่งของกระดูกที่ถูกตัดออกมานี้เกิดการติดเชื้อและได้รับความบอบช้ำ นอกจากนั้นค่าใช้จ่ายในการผ่าตัดก็มีราคาแพงและผู้ป่วยต้องได้รับการวางยาสลบเป็นเวลานานมากขึ้น สำหรับกระดูกที่ได้รับการบริจาคจากผู้อื่นจะมีความเสี่ยงในกรณีที่มีผู้บริจาคกระดูกอาจจะเป็นโรคติดต่อ เช่น โรคเอดส์ จากเหตุผลนี้จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่แพทย์ต้องหาทางเลือกอื่น เช่น ใช้กระดูกปลูกถ่ายสังเคราะห์หรือกระดูกปลูกถ่ายที่ผลิตจากวัสดุธรรมชาติ


ปัจจุบันมีวัสดุปลูกถ่ายกระดูกจำนวนมากทั้งแบบเป็นสถานะเดี่ยวและเป็นวัสดุผสม แต่การทำงานในร่างกายสิ่งมีชีวิตยังแตกต่างจากกระดูกธรรมชาติอย่างมาก โดยเฉพาะในเรื่องส่วนประกอบและโครงสร้าง จึงจำเป็นต้องทำวิศวกรรมวัสดุให้มีโครงสร้างและส่วนประกอบใกล้เคียงกับกระดูกธรรมชาติ ซึ่งไฮดรอกซีอะพาไทต์จัดเป็นส่วนประกอบหลักของมนุษย์และสามารถสังเคราะห์หรือสกัดมาจากกระดูกสัตว์ต่าง ๆ และจะมีโครงสร้างเหมือนไฮดรอกซีอะพาไทต์ในมนุษย์ โดยที่ร่างกายยอมรับได้ ซึ่งสามารถนำไฮดรอกซีอะพาไทต์มาประยุกต์ใช้เป็นกระดูกทดแทนชนิดแข็งแบบเนื้อแน่นหรือแบบเนื้อพรุน กระดูกทดแทนชนิดนุ่มแบบเนื้อแน่นและเนื้อพรุน เป็นต้น


เอกสารอ้างอิง


Murugan, R; Ramakrishna, S. Development of nanocomposites for bone grafting. Comp. Sci. Tech. 2005, 65, 2385–2406

Weiner, S.; Wagner, H. D. The materials bone : structure-mechanical function Relations. Ann. Rev. Mat. Sci. 1998, 28, 271-298.



ร่วมแสดงความคิดเห็น