بررسی رفتار زیست فعالی و زیست تخریب پذیری نانوذرات ویتلاکیت (ca18mg2(hpo4)2(po4)12) برای کاربرد ترمیم بافت های سخت بدن

از گذشته های دور ترمیم و بازسازی نقایص و شکستگی های بافت های سخت بدن، یک چالش بزرگ برای دانشمندان فعال در حوزه ترمیم استخوان بوده است. یکی از مهم‌ترین روش های درمان نقایص استخوانی، پیوند آلوتروپ استخوان با استفاده از سرامیک های زیستی نظیر ویتلاکیت می‌باشد. ویتلاکیت با فرمول شیمیایی (ca18mg2(hpo4)2(po4)12) به عنوان دومین جزو معدنی فراوان موجود در بافت های سخت بدن، خواص شیمیایی، ساختاری و زیستی بسیار نزدیکی به استخوان طبیعی بدن دارد. به طوری‌که حدود 26 تا 58 درصد وزنی از بافت استخوان های بدن را به خود اختصاص می‌دهد. هدف از این تحقیق، بررسی ویژگی های زیستی نانوپودر بلوری سنتز شده ویتلاکیت خام و عملیات حرارتی شده در دمای ℃917 و مقایسه خواص زیستی آنها می‌باشد. بدین منظور نانوپودر های ویتلاکیت به مدت 3، 7، 14 و 21 روز در داخل محلول شبیه سازی شدن بدن (sbf) قرارگرفته و تغییرات وزنی وph نمونه ها  در حین غوطه وری در داخل محلول (sbf) مورد بررسی قرار گرفت. برای مشخصه یابی نمونه های قرار داده شده در داخل محلول شبیه سازی شده بدن (sbf) از آنالیز های xrd، ft-ir و icp استفاده شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد، با انجام عملیات حرارتی بر روی نانوپودر سنتز شده ویتلاکیت، اندازه دانه ها تا nm25 ریزتر شده و واکنش پذیری آن در محلول شبیه سازی شده بدن افزایش یافت. پس از گذشت 21 روز از غوطه‌وری نانوپودر های ویتلاکیت در داخل محلول شبیه سازی شده بدن، بر روی سطح ویتلاکیت، فازهای بلوری کلسیم منیزیوم فسفات و ویتلاکیت تشکیل شد. که این امر نشان دهنده زیست فعالی و زیست سازگاری مناسب نانوپودرهای ویتلاکیت است. همچنین تغییرات ph هر دو نمونه نیز در محدوده ph زیستی طبیعی بدن انسان بود، که نشانگر زیست سازگاری مناسب نمونه ها است. با این وجود، میزان پایداری ویتلاکیت در محیط های اسیدی 5>ph>4 در بالاترین میزان است. علاوه بر آن می‌توان گفت، به دلیل رهایش پیوسته یون های (mg^+2)، (ca^+2) و (hpo4^-2) از نمونه های ویتلاکیت در داخل محلول شبیه سازی شده بدن(sbf)، استفاده از آن در ترمیم عیوب استخوانی باعث افزایش سرعت روند استخوان سازی می‌شود. همچنین نتایج حاصل از آنالیز icp نمونه ویتلاکیت خام نشان داد، حدود ppm150 یون منیزیوم از ویتلاکیت در داخل محلول شبیه سازی شده بدن در طی 21 روز غوطه وری آزاد می‌شود، که می‌تواند بخشی از نیاز روزانه بدن را به منیزیوم تامین کند.همچنین با بررسی تغییرات وزنی نمونه ها در داخل محلول شبیه سازی شده بدن مشاهده می‌شود، میزان کاهش وزن نمونه ویتلاکیت خام حدود 32.11 درصد وزنی بیشتر از نمونه ویتلاکیت عملیات حرارتی شده است که نشانگر زیست تخریب پذیری بالاتر این نمونه است.

evaluation of bioactivity and biodegradability of whitlockite nanoparticles (ca18mg2(hpo4)2(po4)12) for bone regeneration

treatment and repair of bone defects, has been a major challenge for bone regeneration activists for a long time. in treating bone defects, using a proper bone graft is essential. among various kinds of bone grafts, bio ceramics alloplastic grafts are considered, owing to their excellent non-toxicity, non- allergenicity, anti-inflammatory, biocompatibility and bio-functionality. the bio-ceramics like whitlockite (wh: ca18mg2(hpo4)2(po4)12) possess same chemical, structural and biological properties with human bones, have been widely used as bone substitutes. it is the second most abundant mineral in living bone, which can contain 26-58 wt% of bone tissues. in this study, we investigated the biocompatibility, bioactivity and biodegradability of whitlockite nano powders, by immersing samples in simulated body fluid (sbf) for 3, 7, 14 and 21 days. the obtained samples were characterized using x-ray diffraction (xrd), fourier transform infared spectroscopy (ft-ir) and inductively coupled plasma -optical emission spectrometry (icp-oes). results indicated that, wh nano powders had significantly biocompatibility and biodegradability due to formation of ca3(po4)2 , (ca, mg)3(po4)2 and whitlockite on surface of wh samples. additionally, the wh nano powders exhibited excellent mineralization ability in vitro with continuously released ca2+, mg2+ and hpo4 2- when immersed in (sbf). furthermore, the ph changes of both samples were in the range of natural biological ph of the human body, which indicates the appropriate biocompatibility of the samples. however, the stability of whitlockite in sbf is at the highest level in 4< ph< 5. the results of the icp analysis of the raw whitlockite sample showed that about 150 ppm of magnesium ions are released from whitlockite inside the simulated body fluid during 21 days of immersion, which can provide a part of the body's daily magnesium needs. also, by examining the weight changes of the samples within the sbf, it will be seen that the weight loss rate of the raw whitlockite sample is concerning 32.11% quite the heat treated whitlockite sample, which indicates the upper biodegradability.