طوّر فريق بحثي من The University of Hong Kong سطحا ذكيا لزرعات التيتانيوم يمكن تنشيطه باستخدام الأشعة تحت الحمراء القريبة، مما يسمح بالقضاء السريع على البكتيريا وتعزيز التئام العظام في الوقت نفسه.

ووفقا للدراسة المنشورة في مجلة Cell Biomaterials، فإن تعريض الزرعة لمدة 15 دقيقة فقط للأشعة أدى إلى القضاء على 99.94% من بكتيريا المكورات العنقودية الذهبية دون الحاجة إلى استخدام المضادات الحيوية.

تحدي العدوى المرتبطة بالزرعات

تُعد العدوى المرتبطة بالزرعات الطبية من أكبر التحديات في جراحة العظام، حيث تتمكن البكتيريا من تكوين أغشية حيوية (Biofilms) على سطح الزرعة، ما يجعلها:

مقاومة للمضادات الحيوية

قادرة على التهرب من الجهاز المناعي

وغالبًا ما يؤدي ذلك إلى:

التهابات مزمنة

فشل الزرعة

الحاجة إلى عمليات جراحية متكررة

كيف تعمل الزرعة الذكية؟

تعتمد التقنية على تعديل سطح التيتانيوم باستخدام مادة ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2)، مع تصميم نانوي على شكل "خلية نحل" وإضافة فراغات أكسجينية عبر معالجة بالهيدروجين.

وعند تعريض السطح للأشعة تحت الحمراء:

يتم توليد أنواع تفاعلية من الأكسجين

يحدث تأثير حراري موضعي خفيف

يتم تدمير الأغشية البكتيرية بسرعة

وهذا يسمح بالقضاء على البكتيريا مباشرة على سطح الزرعة دون الحاجة إلى أدوية إضافية.

نتائج قوية في التجارب

أظهرت التجارب المخبرية أن جلسة واحدة مدتها 15 دقيقة كانت كافية للقضاء على 99.94% من البكتيريا.

وفي تجارب على نماذج حيوانية:

تم التخلص من أكثر من 91% من الأغشية البكتيرية

انخفضت علامات الالتهاب والصديد بشكل واضح

تحسّن نمو العظام حول الزرعة بشكل ملحوظ

تعزيز التئام العظام والاستجابة المناعية

إلى جانب تأثيرها المضاد للبكتيريا، أظهرت التقنية قدرة على تحسين البيئة المناعية المحيطة بالزرعة، حيث:

تحفّز الخلايا المناعية للتحول إلى نمط داعم للشفاء

تجذب الخلايا المسؤولة عن تكوين العظام

تعزز تكوّن عظام جديدة بشكل أسرع

وهذا يؤدي إلى اندماج أقوى وأكثر استقرارا بين الزرعة والعظام.

بدون أدوية إضافية

تتميز هذه التقنية بأنها لا تعتمد على:

مضادات حيوية

أيونات معدنية إضافية

مواد كيميائية نشطة

مما يقلل من مخاطر السمية أو فقدان الفعالية مع مرور الوقت، وهي مشكلات شائعة في التقنيات الحالية.

تطبيقات طبية واسعة

يمكن استخدام هذه التقنية في مجموعة واسعة من الزرعات الطبية، مثل:

استبدال المفاصل

تثبيت الكسور

زراعة الأسنان

جراحات العمود الفقري

زرعات الوجه والفكين 

آفاق مستقبلية

يرى الباحثون أن هذه التقنية تمتلك إمكانات كبيرة للتطبيق السريري، نظرا لاعتمادها على مواد معروفة وتقنيات تصنيع متاحة، ما قد يسهل اعتمادها في الأنظمة الصحية مستقبلا.

كما يُتوقع أن تسهم في:

تقليل معدلات فشل الزرعات

خفض تكاليف العلاج

تحسين نتائج العمليات الجراحية