กระดูกเทียมนาโน

กระดูกที่สูญเสียไปสามารถทดแทนได้ด้วยกระดูกที่ตัดออกมาจากอวัยวะส่วนอื่นในร่างกาย กระดูกเทียมหรืออะไหล่สำรอง จึงจำเป็นอย่างยิ่ง
ในปัจจุบันการรักษาและซ่อมแซมกระดูกที่เกิดความบกพร่องเนื่องจากอุบัติเหตุ หรือการติดเชื้อยังเป็นปัญหาที่สำคัญอย่างมากในงานคลินิก

 กระดูกที่สูญเสียไปสามารถทดแทนได้ด้วยกระดูกที่ตัดออกมาจากอวัยวะส่วนอื่นในร่างกายของผู้ป่วย (Autograft bone) หรือกระดูกที่ได้รับการบริจาคจากผู้อื่น (Allograft bone) และสามารถทดแทนได้ด้วยกระดูกสัตว์ เช่น กระดูกวัว (Xenograft bone)ในปัจจุบันเซรามิกหลายๆ ชนิดจึงถูกนำมาใช้ในงานคลินิกเพื่อใช้เป็นวัสดุฝังในร่างกาย

 จากรายงานที่ผ่านมา พบว่า ในวงการแพทย์มีอัตราของความต้องการวัสดุทดแทนกระดูกที่เพิ่มสูงมากขึ้นเรื่อยๆในทุกๆ ปี จากการค้นคว้าที่ผ่านมา พบว่า วัสดุในกลุ่มแคลเซียมฟอสเฟต (Calcium phosphate based materials) โดยเฉพาะไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Hydroxyapatite, HA) ที่มีส่วนประกอบคล้ายกับแร่ที่เป็นองค์ประกอบในกระดูกมนุษย์ มีความเหมาะสมอย่างมากในการนำมาเป็นวัสดุเพื่อใช้งานในร่างกายสิ่งมีชีวิต (Biomaterials)

 ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมีจุดประสงค์หลักคือ ทำการเตรียมผงไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Ca10(PO4)6(OH)2) จากกระดูกวัวธรรมชาติให้มีระดับขนาดนาโน โดยวัสดุที่ใช้เป็นสารตั้งต้น สามารถหาได้ง่ายจากแหล่งผลิตภายในประเทศ  และนำมาขึ้นรูปเป็นชิ้นงานเพื่อนำมาใช้งาน

  จากนั้นนำมาทดสอบคุณสมบัติเชิงกล ทดสอบสมบัติต่างๆ โดยมีเป้าหมายว่าจะได้วัสดุทดแทนกระดูกมนุษย์ที่มีสมบัติใกล้เคียงกับกระดูกจริงของมนุษย์มากที่สุด และมีต้นทุนการผลิตต่ำ ซึ่งจะสามารถได้นวัตกรรมใหม่ในด้านวัสดุชีวการแพทย์

 สิ่งที่ได้ดำเนินการไปแล้วคือ 1. สังเคราะห์ผงนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์ โดยวิธีการบดแบบสั่นจากกระดูกวัวธรรมชาติ  2. เตรียมเซรามิกโนไฮดรอกซีอะพาไทต์จากผงนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์ แล้วขึ้นรูปเป็นกระดุมเพื่อใช้ในการผ่าตัดยึดกระโหลกศีรษะ   3.  เตรียมเซรามิกโนไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่มีความพรุนระดับนาโนจากผงนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์

 ยื่นจดสิทธิบัตร 3 เรื่อง ผลงานเรื่องที่ 1  การประดิษฐ์นาโนเซรามิกไฮดรอกซีอะพาไทต์ ผลงานเรื่องที่ 2 การประดิษฐ์กระดุมยึดตรึงกะโหลกศีรษะนาโนเซรามิก  ผลงานเรื่องที่ 3  การประดิษฐ์เซรามิกไฮดรอกซีอะพาไทต์แบบมีรูพรุนนาโน

 สำหรับการประดิษฐ์ผงนาโนเซรามิกไฮดรอกซีอะพาไทต์ เพื่อการประยุกต์ใช้เป็นวัสดุฝังในทางการแพทย์ โดยเตรียมด้วยกระบวนการใหม่ ซึ่งมีประสิทธิภาพที่สามารถทำให้ได้นาโนเซรามิกไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่มีความแข็งแรงสูง ด้วยต้นทุนในการผลิตต่ำ ทำให้ผลิตออกจำหน่ายให้แก่โรงพยาบาลภายในประเทศและประเทศยากจนต่างๆ ในราคาถูกกว่าของต่างประเทศที่ใช้อยู่ในปัจจุบันอย่างมาก

 ส่วนสิทธิบัตรผลงานที่  2 ผงนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์ วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อประดิษฐ์กระดุมยึดตรึงกะโหลกศีรษะนาโนเซรามิกสำหรับใช้เป็นอุปกรณ์ในการยึดตรึงปิดกะโหลกศีรษะหลังการผ่าตัดเปิดกะโหลกด้วยวัสดุและเทคโนโลยีของประเทศไทย สามารถผลิตจำหน่ายแก่โรงพยาบาลต่างๆ ในประเทศที่มีแผนกศัลยกรรมประสาท เป็นการเพิ่มรายได้ให้คนไทยและลดรายจ่ายจากการซื้อของต่างประเทศที่มีราคาแพงมาก ซึ่งแสดงถึงการพึ่งพาตัวเองได้อย่างยั่งยืนตามแนวเศรษฐกิจพอเพียง

 กระดุมยึดตรึงกะโหลกศีรษะนาโนเซรามิกตามการประดิษฐ์นี้เป็นนาโนชีวเซรามิก     ไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่ออกแบบให้มีลักษณะเหมือนกระดุม ที่มีขนาดในมิติใดมิติหนึ่งของเกรนทุกเกรนเล็กกว่า 100 นาโนเมตร สำหรับใช้เป็นอุปกรณ์ในการยึดตรึงปิดกะโหลกศีรษะหลังการผ่าตัดเปิดกะโหลก

 แต่ละชุดอุปกรณ์จะประกอบด้วยเม็ดกระดุมเซรามิกอย่างน้อย 2 เม็ด คือเม็ดด้านในและเม็ดด้านนอกศีรษะ ในการใช้งานทำได้โดยวางเม็ดกระดุมให้อยู่ในแนวขนานกับกะโหลกศีรษะแล้วร้อยด้ายเย็บแผลผ่านรูของเม็ดด้านในขึ้นมาผูกกับรูของเม็ดด้านนอกให้ตึง กะโหลกศีรษะที่ถูกเปิดจะถูกยึดแน่นกับกะโหลกโดยรอบ กระดุมยึดตรึงกะโหลกศีรษะนาโนเซรามิกตาม

 การประดิษฐ์นี้มีความแข็งแรงไม่แตกหักได้โดยง่าย มีความสามารถในการตอบสนองทางชีวภาพระดับสูง สามารถเชื่อมต่อกับกระดูกรอบๆ ได้ดี และมีความสามารถในการเข้ากันได้เป็นอย่างดีกับเนื้อเยื่อทุกชนิดภายในร่างกายมนุษย์   ซึ่งแสดงถึง การยอมรับวัสดุฝังในจากผิวของเนื้อเยื่อ  หมายถึง  วัสดุไม่เป็นพิษ  ไม่ทำให้เกิดการแพ้   ไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีภายในร่างกาย   และมีความเสถียรในร่างกายสิ่งมีชีวิต

 สุดท้ายสิทธิบัตรชิ้นที่ 3 วัตถุประสงค์หลักเพื่อประดิษฐ์เซรามิกไฮดรอกซีอะพาไทต์แบบมีรูพรุนนาโนสำหรับใช้’งานทางซีวการแพทย์ ด้วยวิธีการไม่ซับซ้อนทำให้ ซึ่งสามารถผลิตจำหน่ายแก่โรงพยาบาลต่างๆ ในประเทศ เป็นการเพิ่มรายได้ให้คนไทยและลดรายจ่ายจากการซื้อของต่างประเทศที่มีราคาแพงมาก

 เซรามิกไฮดรอกซีอะพาไทต์แบบมีรูพรุนนาโนตามการประดิษฐ์นี้เป็นชีวเซรามิก  ไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่มีรูพรุนอย่างต่อเนื่องใน 3 มิติ ด้วยความพรุนเฉลี่ย 50 - 90% และมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของรูพรุนเฉลี่ยเล็กกว่า 100 นาโนเมตร แล้ว ยังมีความแข็งแรงสูง จึงมีศักยภาพสูงในการนำไปใช้ฝังในเพื่อรักษาโรคที่เกี่ยวข้องกับกระดูกบกพร่อง