اختصاصی بسپار/ از یک کشش ناگهانی تا انقلاب در پزشکی؛ ePTFE چگونه به مادهای کلیدی برای کاشتینهها تبدیل شد؟
گروه ترحمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر یک کشش ناگهانی روی PTFE گرمشده در سال ۱۹۶۹ به تولید PTFE منبسطشده (ePTFE) انجامید؛ مادهای که از پیوندهای عروقی تا کاشتینهها، مسیر توسعه تجهیزات پزشکی را دگرگون کرد.
پنجاهوهفت سال پیش، PTFE منبسطشده (Expanded PTFE یا ePTFE) از دل یک لحظه ناامیدی متولد شد؛ اما تجهیزات پزشکی نوین همچنان از نتیجه آن اتفاق غیرمنتظره بهره میبرند.
در سال ۱۹۶۹ و پس از مجموعهای از آزمایشهای ناموفق، Robert W. Gore که از نتیجه کار خود ناامید شده بود، میلهای گرمشده از بسپار پلیتترافلوئورواتیلن (Polytetrafluoroethylene یا PTFE) را با شدت کشید. به گزارش Science History Institute، نتیجه این اتفاق طیفی از حوزهها، از پوشاک و صنایع دفاعی گرفته تا پزشکی را متحول کرد و شرکت او را به نامی شناختهشده تبدیل ساخت.
از اواسط دهه ۱۹۷۰ تاکنون، کاربردهای ePTFE در حوزه سلامت گسترش یافته و مواردی مانند نخ بخیه پزشکی، مواد مراقبت از زخم، بازسازی بافت نرم، مشهای ترمیمی، بازسازی هدایتشده بافت و استخوان و بازسازی دریچه قلب را دربر گرفته است.
Bob Gore در آن زمان مدیر فنی و پژوهشی W.L. Gore & Associates بود؛ شرکتی که پدرش، Wilbert Lee “Bill” Gore، در سال ۱۹۵۷ بنیان گذاشته بود. Bill Gore از اعضای Plastics Hall of Fame است. Roy Plunkett، شیمیدان DuPont که در سال ۱۹۳۸ PTFE، معروف به Teflon، را کشف کرد نیز در Plastics Hall of Fame حضور دارد.
آن شب در آزمایشگاه، Gore که مهندس شیمی بود، روی فرایندی جدید برای کشیدن میلههای PTFE گرمشده و تبدیل آنها به نوار آببندی رزوه لوله تحقیق میکرد؛ اما آزمایشهایش نتیجه نمیداد. سرانجام از روی ناامیدی یکی از میلهها را بهشدت کشید و نتیجهای غیرمنتظره به دست آمد.
فشار واردشده باعث شد PTFE جامد حدود ۸۰۰ درصد کشیده شود و بسپار متراکم به ساختاری اسفنجمانند و بسیار متخلخل تبدیل شود که حدود ۷۰ درصد آن را هوا تشکیل میداد. این ماده جدید ePTFE نام گرفت و ضمن حفظ مقاومت در برابر رطوبت، پایداری شیمیایی و دوام PTFE معمولی، قابلیت تنفسپذیری نیز پیدا کرد.
غشای Gore-Tex از میلیونها منفذ میکروسکوپی تشکیل شده است. این منافذ ۲۰ هزار برابر کوچکتر از یک قطره آب و ۷۰۰ برابر بزرگتر از یک مولکول بخار آب هستند. همین اختلاف اندازه اجازه میدهد بخار آب، یعنی عرق، از غشا خارج شود، درحالیکه رطوبت خارجی نمیتواند به درون آن نفوذ کند. به این ترتیب، پارچه Gore-Tex متولد شد و صنعت پوشاک فضای باز را متحول کرد.
W.L. Gore & Associates فناوری خود را ثبت اختراع کرد و بهتدریج کاربردهای ارزشمند دیگری برای این ماده جدید یافت؛ از جمله کاشتینههای پزشکی (Medical Implants)، کابلهای برق و صافیهای صنعتی. الیاف نساجی PTFE منبسطشده همچنین در اکتشافات فضایی و پارچههای چندلایه مورد استفاده در فعالیتهای فضای باز، عملیات امدادی و صنایع دفاعی به کار گرفته شدهاند.
ورود ePTFE به پزشکی
در اواسط دهه ۱۹۷۰، ePTFE برای نخستینبار بهصورت تجاری در یکی از کاربردهای مهم پزشکی، یعنی بهعنوان ماده پیوند عروقی (Vascular Graft) برای ساخت جایگزینهای مصنوعی رگهای خونی و پیوندهای بایپس، استفاده شد.
این ماده به جایگزینی بادوام و زیستسازگار برای جراحی بایپس شریانی تبدیل شد؛ ابتدا بهویژه برای رگهایی با قطر بزرگتر و سپس، با بهبود فناوری، برای رگهای کوچکتر. از آن زمان، دامنه کاربردهای پزشکی ePTFE همواره گسترش یافته است.
Taanisha Mukhopadhyay، مهندس شیمی و متالورژی در Balmer Lawrie and Co. Ltd. در کلکته هند، موفقیت ePTFE در کاربردهای پزشکی را ناشی از ریزساختار متمایز آن میداند.
در یک فرایند انبساط کنترلشده، PTFE شبکهای بههمپیوسته از گرهها و رشتههای ظریف (Nodes and Fibrils) ایجاد میکند و ساختاری بسیار متخلخل به وجود میآورد. این ساختار امکان ادغام انتخابی بافت را فراهم میکند و در عین حال، استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر تخریب زیستی را حفظ میکند.
برخلاف بسیاری از بسپارهای متداول، ePTFE مقاومت قابلتوجهی در برابر حملات شیمیایی، جذب رطوبت و رشد میکروبی دارد. زیستسازگاری این ماده نیز پاسخهای التهابی را به کمینه میرساند و خطر واکنشهای نامطلوب بافتی را میکاهد؛ ویژگیهایی که آن را به گزینهای مناسب برای کاشت طولانیمدت در بدن انسان تبدیل کردهاند.
همین خصوصیات ePTFE را به یکی از مواد مورد توجه سازندگان تجهیزات پزشکی برای کاربردهای بالینی دشوار تبدیل کرده است. کاربرد گسترده این ماده در حوزه قلب و عروق، به پذیرش روزافزون آن در جراحی ترمیمی و جراحی عمومی اشاره میکند. جراحان بهطور مکرر از غشاها و کاشتینههای ePTFE برای ترمیم بافت نرم، بازسازی صورت و جراحیهای جمجمه و صورت استفاده میکنند.
ریزساختار متخلخل این ماده، ادغام کنترلشده بافت را امکانپذیر میکند و در عین حال تشکیل بیشازحد بافت زخم را به کمینه میرساند. این تعادل میان پایداری و سازگاری زیستی، ePTFE را بهویژه در روشهایی که به کارکرد طولانیمدت کاشتینه نیاز دارند، ارزشمند کرده است.
در پزشکی ترمیمی نیز کاشتینههای ePTFE به جراحان امکان دادهاند ساختارهای آناتومیکی را با نتایج کارکردی و زیباییشناختی بهتر بازسازی کنند؛ رویکردی که هر سال به هزاران بیمار کمک میکند.
این ماده همچنین به بهبود مراقبت از زخم و بازسازی بافت کمک کرده و استفاده از آن در تجهیزات پزشکی کاشتنی رو به افزایش است.
چندسازههای جدید ePTFE، کاربردهای تازه
پژوهشگران اکنون در حال بررسی چندسازههای (Composites) جدید مبتنی بر ePTFE هستند که دوام ذاتی این ماده را با قابلیتهای دارورسانی و اصلاحات زیستفعال سطح ترکیب میکنند.
چنین نوآوریهایی میتوانند در آینده به تولید کاشتینههایی منجر شوند که بهطور فعال فرایند ترمیم را تقویت کنند، از عفونت جلوگیری کنند و پیامدهای بلندمدت درمان برای بیماران را بهبود بخشند.
Tanner Hargens، معاون توسعه کسبوکار Medical Murray در Brentwood ایالت Tennessee، توضیح میدهد که ePTFE برای بیشتر کاربردهای تجهیزات پزشکی معمولا به شکل ورق، لوله، نوار یا نخ بخیه عرضه میشود.
نحوه پیچیدن ePTFE، از جمله زاویه پیچش، میزان همپوشانی و تعداد لایهها، تاثیر زیادی بر استحکام شعاعی، انعطافپذیری، آببندی و پاسخ بافتی دارد.
از آنجا که ePTFE میتواند با ضخامت دیواره بسیار کم، پوشش موثری برای کاشتینه ایجاد کند، سازندگان تجهیزات پزشکی در بسیاری از موارد میتوانند ابعاد سامانه انتقال مبتنی بر میزآب (کاتتر) را کاهش دهند. به گفته Hargens، برای هر کاشتینهای که از طریق میزآب در بدن قرار داده میشود، هرچه میزآب کوچکتر باشد، تعداد بیمارانی که امکان درمان آنها وجود دارد بیشتر خواهد بود.
دانش ماده و فرایند، عامل تعیینکننده
با وجود تمام مزایای آشکار ePTFE، استفاده از این ماده همچنان با چالشهایی همراه است.
Hargens تایید میکند که پلیاستر، بهویژه در ساختارهای بافتهشده، ممکن است در مقایسه با ePTFE کارکرد بهتری در تحریک رشد بافت داشته باشد. همچنین اگر استحکام در برابر بیرونکشیدهشدن بخیه اهمیت داشته باشد، پلیاستر میتواند کارکرد بهتری ارائه دهد.
با حرکت علوم پزشکی به سمت درمانهای هرچه بیشتر بیمارمحور و پیشرفته از نظر فناوری، انتظار میرود ePTFE همچنان در خط مقدم پژوهش و توسعه زیستمواد (Biomaterials) باقی بماند. این ماده با فراهمکردن امکان ساخت کاشتینههای ایمنتر، درمانهای موثرتر و دستیابی به نتایج بهتر در ترمیم، همچنان در حال تحول حوزه سلامت و بهبود زندگی بیماران در سراسر جهان است.
