مجله جراحی استخوان و مفاصل ایران

نانو هیدروکسی آپاتیت نیروی محرکه‌ای برای بازسازی بافت استخوان درجراحی ارتوپدی:چالش‌ها و آینده(مقاله مروری)

نوع مقاله : مروری

نویسندگان

محسن رحیمی 1
بهرام جعفرنیا 2
کامیار زلف خانی 2
حسین پیرمحمدی 3
عسگر امامقلی 4

1 بخش انگل‌شناسی و قارچ‌شناسی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله، تهران، ایران

2 بیمارستان دندانپزشکی شهید شکری، تهران، ایران

3 مرکز تحقیقات تروما، دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله، تهران، ایران

4 مرکز تحقیقات علوم اعصاب، دانشگاه علوم پزشکی بقیه‌الله، تهران، ایران

https://doi.org/10.22034/ijos.2025.546577.1155
چکیده
امروزه نانوتکنولوژی به‌عنوان یک فناوری با پتانسیل‌های کاربردی گسترده در بسیاری از حوزه‌ها به ویژه در پزشکی، شناخته می‌شود. نانومواد و نانوساختارها به دلیل ابعاد فوق میکروسکوپی، مساحت بالا و خواص ویژه‌ی فیزیکی و شیمیایی، به‌طور فزاینده‌ای در جراحی‌های ارتوپدی به‌کار گرفته می‌شوند. امروزه این مواد به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی که دارند در تعامل با بافت‌های زنده، به عنوان اجزای کلیدی در پروتز‌ها و ابزارهای پزشکی مطرح هستند و پیشرفت‌های چشمگیری را در مهندسی بافت‌های استخوانی، طراحی مواد قابل کاشت و فرایندهای تشخیصی و درمانی ایجاد کرده‌اند. در این مقاله از پایگاه‌های داده مختلف مانند ISI Web of Science، PubMed، SID، Scholar، Scopus و Science Direct استفاده شد و از کلیدواژه‌های نانوهیدروکسی آپاتیت، ترمیم نقایص استخوانی، پروتز، بررسی بالینی و ترمیم شکستگی نیز استفاده گردید. استفاده از نانومواد زیست‌ سازگار در پروتز‌های ارتوپدی به‌ ویژه به دلیل توانایی آن‌ها در تحریک رشد سلولی، بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده و بهبود ویژگی‌های محیط سلولی، تأثیر شگرفی بر ارتقاء درمان‌های ارتوپدی دارد. این فناوری‌ها توانسته‌اند فرآیندهای ترمیم استخوان‌ها را تسهیل کنند. این مقاله به جهت درک بهتر کاربرد هیدروکسی آپاتیت در مقیاس نانوذره و اهداف درمانی بالقوه آن در جراحی های ارتوپدی تهیه شده است.

کلیدواژه‌ها

بازسازی استخوان
کلاژن نانو هیدروکسی آپاتیت
بیوتکنولوژی
پروتز اندام
موضوعات

عنوان مقاله English

Nano-Hydroxyapatite: A Driving Force for Bone Tissue Regeneration in Orthopedic Surgery: Challenges and Future(Review Article)

نویسندگان English

Mohsen , Rahimi 1
Bahram Jafarnia 2
Kamyar Zolfkhani 2
Hosein Pirmohamadi 3
Asgar Emamgholi 4
1 Department of Parasitology and Mycology, School of Medicine, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran.
2 Shahid Shokri Dental Hospital, Tehran, Iran.
3 Trauma Research Center, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran.
4 Neuroscience Research Center, Baqiyatallah University of Medical Sciences, Tehran, Iran.
چکیده English

Nanotechnology is currently recognized as a technology with vast application potential across multiple fields, particularly in medicine. Nanomaterials and nanostructures, owing to their ultra-microscopic dimensions, high surface area, and unique physicochemical properties, are increasingly employed in orthopedic surgeries. These materials, due to their distinctive features in interacting with living tissues, are considered key components in prostheses and medical devices, and they have led to significant advancements in bone tissue engineering, the design of implantable materials, and diagnostic as well as therapeutic processes. In this study, various databases including ISI Web of Science, PubMed, SID, Scholar, Scopus, and ScienceDirect were utilized. The keywords applied consisted of nanohydroxyapatite, bone defect repair, prosthesis, clinical evaluation, and fracture healing. The use of biocompatible nanomaterials in orthopedic prostheses—particularly due to their ability to stimulate cellular growth, regenerate damaged tissues, and improve cellular microenvironmental properties—has had a profound impact on enhancing orthopedic therapies. These technologies have successfully facilitated bone repair processes. This article has been prepared to provide a deeper understanding of the application of hydroxyapatite at the nanoscale and its potential therapeutic objectives in orthopedic surgeries.

کلیدواژه‌ها English

Limb prosthesis
Biotechnology
Nano hydroxyapatite collagen
Bone regeneration
1         Liu Y, Xu W, Liu S, Liu Z, Yan Z, et al. Effects of elastic modulus of porous implants on success rate of implant surgery – An in vivo study using miniature swine model. Materials & Design. 2024;239:112819. doi: 10.1016/j.matdes.2024.112819.
2         Marsell R, Einhorn TA. Discusses the biology of fracture healing, emphasizing the roles of vascularization and cellular activity. Injury. 2011;42(6): 551–555. doi:10.1016/j.injury.2011.03.031
3         Ding ZC, Lin YK, Gan YK, Tang TT. Molecular pathogenesis of fracture nonunion. J Orthop Translat. 2018;31;14:45-56. doi: 10.1016/j.jot.2018.05.002.
4         Stegen S, Van Gastel N, Carmeliet G. Bringing new life to damaged bone: the importance of angiogenesis in bone repair and regeneration. Bone. 2015 Jan;70:19-27. doi: 10.1016/j.bone.2014.09.017.
5         Cooper SL, Visser SA, Hergenrother RW, et al. Polymer. In: Ratner BD, Hoffman AS, Schoen FJ, Lemons JE, et al., editors. Biomaterial science: an introduction to materials in medicine. Elsevier Academic. 2004; 2: 67–79.
6         Hoveidaei AH, Sadat-Shojai M, Mosalamiaghili S, Salarikia SR, Roghani-Shahraki H, Ghaderpanah R, Ersi MH, Conway JD. Nano-hydroxyapatite structures for bone regenerative medicine: Cell-material interaction. Bone. 2024;179:116956. doi: 10.1016/j.bone.2023.116956.
7         Emamgholi A, Rahimi M, Kaka GR, Sadraie SH, Najafi S. Presentation of a novel model of chitosan‐ polyethylene oxidenanohydroxyapatite nanofibers together with bone marrow stromal cells to repair and improve minor bone defects. Iran J Basic Med Sci. 2015; 18:887‐893.doi: 10.22038/ijbms.2015.5211.
8         Zheng Y, Wang L, Bai X, Xiao Y, Che J. Bio-inspired composite by hydroxyapatite mineralization on (bis)phosphonate-modified cellulose-alginate scaffold for bone tissue engineering. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2022;635:127958. doi:10.1016/j.colsurfa.2021.127958.
9         Mbarki M, Sharrock P, Fiallo M, ElFeki H. Hydroxyapatite bioceramic with large porosity. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017;1;76:985-990. doi: 10.1016/j.msec.2017.03.097
10       Zhou H, Lee J. Nanoscale hydroxyapatite particles for bone tissue engineering. Acta Biomaterialia. 2011;7(7): 2769-2781. doi: 10.1016/j.actbio.2011.03.019.
11       Jin HH, Kim DH, Kim TW, Shin KK, Jung JS, Park HC. In vivo evaluation of porous hydroxyapatite/chitosan-alginate composite scaffolds for bone tissue engineering. International Journal of Biological Macromolecules. 2012;51(5):1079-1085. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2012.08.027.
12       Wang R, Ni S, Ma L, Li M. Porous construction and surface modification of titanium-based materials for osteogenesis: A review. Front Bioeng Biotechnol. 2022;25;10:973297. doi: 10.3389/fbioe.2022.973297.
13       Awasthi A, Saxena KK, Dwivedi RK. An investigation on classification and characterization of bio materials and additive manufacturing techniques for bioimplants, Materials Today: Proceedings. 2021;44(1):2061-2068. doi: 10.1016/j.matpr.2020.12.176.
14       Laschke MW, Strohe A, Menger MD, Alini M, Eglin D. In vitro and in vivo evaluation of a novel nanosize hydroxyapatite particles/poly(ester-urethane) composite scaffold for bone tissue engineering. Acta Biomater. 2010;6(6):2020-7. doi: 10.1016/j.actbio.2009.12.004.
15       Yang D, Jin Y, Ma G, Chen X, Lu F, Nie J. Fabrication and Characterization of Chitosan/PVA with Hydroxyapatite Biocomposite Nanoscaffolds. J Appl Polym Sci. 2008;110:3328 – 3335. doi: 10.1002/app.28829.
16       Teraoka K, Nonami T, Doi Y, Taoda H, Naganuma K, Yokogawa Y, Kameyama T. Hydroxyapatite implantation on the surface of pure titanium for orthopedic implants. Mater Sci Eng C. 2000;13:105-107. doi: 10.1016/S0928-4931(00)00183-1.
17       Smith WR, Hudson PW, Ponce BA, Rajaram Manoharan SR. Nanotechnology in orthopedics: a clinically oriented review. BMC Musculoskelet Disord. 2018;2;19(1):67. doi: 10.1186/s12891-018-1990-1.
18       Ghosh R, Das S, Mallick SP, Beyene Z. A review on the antimicrobial and antibiofilm activity of doped hydroxyapatite and its composites for biomedical applications. Mater Today Commun. 2022;31,103311. doi: 10.1016/j.mtcomm.2022.103311.
19       Cook SD, Thomas KA, Kay JF, Jarcho M. Hydroxyapatite-coated titanium for orthopedic implant applications. Clin Orthop Relat Res. 1988;232:225-243.
20       Sebastiammal S, Fathima ASL, Henry J, Wadaan MA, Mahboob S, et al. Synthesis, Characterization, Antibacterial, Antifungal, Antioxidant, and Anticancer Activities of Nickel-Doped Hydroxyapatite Nanoparticles. Fermentation. 2022, 8, 677. doi:10.3390/fermentation8120677.
 
 
 
مجله جراحی استخوان و مفاصل ایران
دوره 22، شماره 4
زمستان 1403
صفحه 213-216

صفحه اصلی

ارسال مقاله

تماس با ما