مقدمة
أظهرت المواد غير المنسوجة القابلة للتحلل الحيوي إمكانات كبيرة في مجال الهندسة الطبية الحيوية، ولا سيما في تطبيقات هندسة الأنسجة. ويتمثل الهدف من هندسة الأنسجة في تسهيل تجديد الأنسجة التالفة من خلال دمج الخلايا مع هياكل داعمة ثلاثية الأبعاد مؤقتة (الهياكل الداعمة). تلعب الهياكل الداعمة القابلة للتحلل الحيوي دورًا محوريًّا في هذه العملية من خلال توفير دعم هيكلي مؤقت للخلايا. وتُعد المواد غير المنسوجة القائمة على الألياف مناسبة بشكل خاص لهذا الغرض، حيث إن بنيتها الشبيهة بالألياف تشبه المصفوفة خارج الخلوية الطبيعية. تتيح هذه البنية مسامية عالية ومساحة سطح محددة، مما يعزز التصاق الخلايا وهجرتها وتكاثرها.
يُعد البولي كابرولاكتون (PCL) مادة مستخدمة على نطاق واسع في تصنيع الهياكل الداعمة القابلة للتحلل القائمة على الألياف. ويُعد البولي كابرولاكتون بوليستر أليفاتي شبه بلوري يتميز بالتوافق الحيوي الجيد، والتحلل المائي القابل للتحكم فيه والبطيء نسبيًا، وقابلية المعالجة الجيدة. يمكن استخدام الغزل الكهربائي أو الغزل الكهربائي بالصهر لإنتاج أقمشة غير منسوجة من الألياف المصنوعة من البولي كابرولاكتون (PCL)، مما يؤدي إلى تحكم دقيق في شكل الألياف ومساميتها وخصائصها الميكانيكية.
غالبًا ما تُستخدم الهياكل الداعمة المصنوعة من البولي كابرولاكتون في هندسة الأنسجة للهياكل الحاملة للأحمال مثل الأوتار والعضلات [1،2]. ومن القضايا البارزة التي تظهر في هذا السياق سلوك الزحف الكبير الذي تظهره الأقمشة غير المنسوجة الليفية عند تعرضها لتشوهات متكررة. تؤدي البنية المجهرية للمادة (الشكل 1) إلى آليات تشوه إضافية. عند تعرضها لقوى خارجية، قد تخضع الألياف لإعادة التوجيه والمحاذاة في اتجاه الحمل المطبق. وتكون نقاط التلامس بين الألياف عرضة للتمزق. ومن الناحية الكلية، يؤدي هذا إلى زيادة التشوه البلاستيكي أو الزحف مقارنةً بالمواد ذات التعبئة الكثيفة. في حالة الزرع، تتعرض الأنسجة غير المنسوجة للتشوه بشكل متكرر، على سبيل المثال، من خلال انكماش الأنسجة العضلية المحيطة.
ومع زيادة التشوه البلاستيكي للنسيج غير المنسوج، هناك خطر أن يفقد التلامس مع الأنسجة المحيطة بسبب الترخي. ولذلك، من الضروري تحديد خصائص سلوك الزحف الديناميكي للغرسات القائمة على الألياف.
قياسات الشد والانزلاق والانتعاش في الأقمشة غير المنسوجة المصنوعة من البولي كربونات الليفي (PCL)
أُجريت قياسات الشد واستعادة الزحف عند درجة حرارة 37 درجة مئوية باستخدام جهاز DMA 303 من شركة « NETZSCH » Eplexor® في وضع الشد. تم استخلاص عينات مستطيلة الشكل يبلغ طولها 20 مم وعرضها 5 مم وسماكتها 0.3 مم من الأقمشة غير المنسوجة المصنوعة من البولي كربوكسيل لاكتيد (PCL) (الشكل 2). تم توصيف المادة مبدئيًا من خلال إجراء اختبار شد شبه ثابت. تم تطبيق معدل استطالة قدره 0.5 %/s وحمل مسبق قدره 0.1 نيوتن. تظهر نتائج اختبار الشد في الشكل 3. تشير الملاحظات إلى أنه يمكن تحديد علاقة مرنة بين الإجهاد والانفعال حتى انفعال تقريبي يبلغ 8 %.
أُجريت قياسات استعادة الزحف على خمس دورات، مع استخدام إزاحة ثابتة بنسبة 5% في كل دورة. وترد نتائج هذه القياسات في الشكل 4. تم تحديد الإجهاد المتبقي لكل دورة قياس في نهاية مرحلة الاستعادة، كما هو موضح في الشكل 5. ومن الواضح أن الإجهاد المتبقي يكون أكثر وضوحًا بعد الدورة الأولية، ثم يستمر في الانخفاض بعد ذلك. تشير نتائج القياس إلى انخفاض متسق في الإجهاد المتبقي عبر جميع الدورات، مما يوحي بالاقتراب من قيمة حدية. تشير هذه النتيجة إلى أن سلوك الزحف الملحوظ يمكن أن يُعزى في الغالب إلى إعادة التنظيم الهيكلي داخل شبكة الألياف بدلاً من الآليات الجزيئية اللزجة المرنة أو اللزجة اللدنة.
الخلاصة
لا يزال إجراء اختبارات الشد الثابتة الطريقة السائدة لتوصيف الهياكل الداعمة القائمة على الألياف في هندسة الأنسجة ممارسة شائعة. ومع ذلك، بعد الزرع، قد يؤدي التشوه المتكرر إلى زحف ماكروسكوبي نتيجة لإعادة تنظيم شبكة الألياف. ولا يظهر هذا التأثير بوضوح في اختبارات الشد الثابتة. تشير نتائج اختبار الشد إلى أن إجهادًا بنسبة 5% يقع ضمن المنطقة المرنة. ومع ذلك، أظهرت تجارب استعادة الزحف حدوث إجهاد متبقي حتى عند مستويات الإجهاد هذه. ولذلك، توفر تجارب استعادة الزحف التي تُجرى باستخدام جهاز قياس ديناميكية الأداء (DMA) 303 من شركة « NETZSCH » Eplexor® معلومات مهمة عن السلوك الميكانيكي للهياكل الداعمة القائمة على الألياف تحت الحمل الديناميكي.