วัสดุทางการแพทย์

สาระน่ารู้ : วัสดุทางการแพทย์ที่มีความ..พิเศษ
ดร. มาลินี ประสิทธิ์ศิลป์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

การใช้วัสดุการแพทย์ในอดีต แพทย์มักจะนำวัสดุที่สามารถหาได้ง่ายหรือมีอยู่แล้วมาใช้งาน ตัวอย่างเช่น ชาวอียิปต์โบราณและชาวกรีกใช้เส้นใยจากพืชหรือสัตว์ในการเย็บบาดแผล และใช้ไม้ ทำเป็นแขน ขาเทียม ต่อมาราวต้นศตวรรษที่แล้วเริ่มมีการนำโลหะชนิดต่างๆ มาใช้งานทาง ทันตกรรม และเมื่อมีเหล็กสเตนเลส (stainless steel) ซึ่งเป็นโลหะผสมที่มีความทนทานต่อการ กัดกร่อนได้ดี จึงมีการนำมาใช้เป็นอวัยวะเทียมต่างๆ เช่นเดียวกันกับในอดีต แพทย์ปัจจุบันมักจะ เสาะหาวิธีการต่างๆ เพื่อรักษาหรือพัฒนาคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยให้ดีขึ้น ด้วยการหาสิ่งทดแทน ส่วนต่างๆ ของร่างกายที่สูญเสียไป หรือไม่สามารถทำหน้าที่ของมันได้อย่างสมบูรณ์ เมื่อไม่นานมานี้ แพทย์มีความจำเป็นที่จะต้องใช้วัสดุทั่วไป ที่ไม่ได้ผลิตมาสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ เช่น หัวใจเทียมในระยะแรกๆ ต้องใช้โพลิยูรีเทนที่ใช้ทำชุดชั้นในสตรี ซึ่งมีความยืดหยุ่น ดัดงอได้ดี มีสมบัติตามต้องการ และหลังจากที่วัสดุชนิดนี้ถูกเลือกมาใช้เป็นวัสดุฝังในทรวงอกแล้ว ก็ได้มีการนำวัสดุชนิดนี้มาใช้เป็นวัสดุยัดไส้ที่นอนต่างๆ จากความต้องการวัสดุที่มีลักษณะพิเศษสำหรับการใช้งานด้านการแพทย์ ทำให้เกิดแรงจูงใจ ในกลุ่มนักวิจัยด้านวัสดุ เคมี เคมีวิศวกรรม และนักวิจัยสาขาอื่นๆ และหันมาให้ความสนใจ ในการพัฒนาหรือประดิษฐ์วัสดุทางการแพทย์ที่มีสมบัติพิเศษ เหมาะสำหรับการใช้งานเฉพาะอย่าง วัสดุสังเคราะห์ใหม่ๆ ที่นำมาใช้งาน ได้แก่ วัสดุโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ และวัสดุที่ได้จากการดัดแปร สารจากธรรมชาติ ซึ่งจะออกแบบมาเพื่อการใช้งานต่างๆ เช่น การใช้งานด้านกระดูกและข้อ ทันตกรรม ระบบการปลดปล่อยยา และใช้เป็นวัสดุโครงสร้าง (scaffold) สำหรับงานด้านวิศวกรรม เนื้อเยื่อ เป็นต้น ชาว อเมริกันมากกว่า 10 ล้านคน มีวัสดุหรืออุปกรณ์ทางการแพทย์ในร่างกายอย่างน้อย 1 ชนิด อุตสาหกรรมด้านวัสดุและอุปกรณ์ ทางการแพทย์นี้มียอดขายประมาณ 5 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐฯต่อปี ทั้งๆ ที่ตลาดมีขนาดใหญ่แต่นักประดิษฐ์ผลิตภัณฑ์ด้านนี้ส่วนใหญ่ ถูกบังคับให้ทำงานกับวัสดุทางการแพทย์แบบดั้งเดิมที่เป็นที่รู้จักกันดี เช่น เหล็กสเตนเลส โลหะผสมโครเมียม เซรามิกส์ คอมโพสิท บางชนิด และ พลาสติกในอุตสาหกรรม เป็นต้น Joachim B. Kohn แห่ง Rutgers University ชี้แจงว่า พื้นผิวของวัสดุเหล่านี้ไม่มีสมบัติ ทางชีวภาพที่เหมาะสมสำหรับเนื้อเยื่อที่อยู่ล้อมรอบมัน จึงมักเกิดปฏิกิริยาตอบสนองจากร่างกาย ที่เรียกว่า foreign-body response เล็กน้อยในบริเวณที่ฝังวัสดุ

"วัสดุทางการแพทย์ที่ต้องการ ควรเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่ออกแบบจากความเข้าใจในเรื่องกลไกการควบคุมปฏิกิริยา ระหว่างวัสดุและเซลล์" Dr. Kohn จาก New Jersey Center for Biomaterials กล่าว ทีมวิจัยของเขากำลังทำวิจัยเกี่ยวกับการ เตรียมวัสดุฝังในรุ่นใหม่ ให้มีทั้งสมบัติทางกายภาพ เชิงกล และทางเคมี ใกล้เคียงกับความต้องการในแต่ละการใช้งานมากที่สุด วัสดุชนิดใหม่ล่าสุดที่ได้จะนำมา ทำเป็นโครงสร้างสำหรับส่งเสริมการเจริญของเนื้อเยื่อ ซึ่งมีลักษณะเป็นโครงสร้าง 3 มิติที่เซลล์ชอบที่จะ เจริญเข้าไปข้างใน โครงสร้าง ของวัสดุนั้น หลังจากที่เซลล์สามารถเจริญเข้าไปแล้ว จะจัดเรียงโครงสร้างของเนื้อเยื่อ และทำหน้าที่ของ เนื้อเยื่อชนิดนั้น

โพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ในร่างกายกำลังเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานหลายชนิด เช่น การรักษาโรคกระดูกและข้อ ใช้เป็นวัสดุ โครงสร้างสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ หรือการใช้งานด้านอื่นๆ การรักษากระดูกบางครั้งแพทย์ต้องการใช้วัสดุดังกล่าว เป็นตัวยึดกระดูก ให้อยู่กับที่เป็นการชั่วคราว จนกว่าร่างกายจะสมานแผลได้เองทำให้กระดูกเชื่อมติดกัน โดยต้องการให้วัสดุนั้นค่อยๆ สลายตัวไป โดยไม่ต้องทำการผ่าตัดเอาวัสดุตัวยึดออกหลังจากแผลหายดีแล้ว ซึ่งวิธีการนี้จะทำให้ผู้ป่วยประหยัดค่าใช้จ่าย รวมทั้งลดความเจ็บปวด และความเสี่ยงต่างๆ จากการผ่าตัดครั้งที่สอง นอกจากนี้ Dr. Kohn ชี้ให้เห็นว่าวัสดุที่ย่อยสลายได้ในร่างกาย ดูจะเป็นทางเลือกเดียว ในบางกรณี เช่น ศัลยกรรมหลอดเลือดต้องการวัสดุที่ย่อยสลายได้ในร่างกาย เนื่องจากวัสดุที่ไม่ย่อยสลายนั้นจะกินเนื้อที่ทำให้การ เจริญของเนื่อเยื่อใหม่เป็นไปอย่างไม่สมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม วัสดุที่ย่อยสลายได้ชนิดใหม่ๆ ควรจะผ่านการศึกษาความเป็นพิษ อย่างละเอียดเนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการย่อยสลายจะเข้าสู่ร่างกายผู้ป่วย

ไหมละลายสังเคราะห์รุ่นแรกๆ ที่ผลิตสู่เชิงพาณิชย์เริ่มตั้งแต่ปี ค.ศ. 1970 เป็นสารประเภท poly(glycolic acid) (PGA) จะย่อยสลาย ในร่างกายและมีความแข็งแรงลดลงภายในระยะเวลา 2-4 สัปดาห์ เท่านั้นซึ่งเร็วเกินไปสำหรับการใช้งานในบางกรณี เพื่อขยาย ขอบเขตการใช้งานให้มากขึ้นจึงมีการพัฒนาเป็นโคโพลิเมอร์ของ PGA และ poly(lactic acid) (PLA) ซึ่ง PLA เป็นโมเลกุลที่ชอบ น้ำน้อยกว่า PGA จะเป็นตัวช่วยควบคุมปริมาณการดูดน้ำของโคโพลิเมอร์ชนิดนี้ ซึ่งจะสามารถลดอัตราเร็วของการสลายตัวของ โพลิเมอร์ได้เมื่อเทียบกับ PGA ปัจจุบัน PLA, PGA และโคโพลิเมอร์ของสองตัวนี้ เป็นวัสดุเชิงพาณิชย์ที่แพร่หลายมากกว่า โพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ชนิดอื่นๆ ซึ่งวัสดุในกลุ่มนี้มีการนำมาใช้เป็นเข็มยึดกระดูก เป็นเมมเบรนสำหรับรักษาโรคเหงือก และอื่นๆ แต่วัสดุกลุ่มนี้อาจจะไม่เหมาะนักสำหรับทำเป็นวัสดุโครงสร้างที่ใช้งานด้าน วิศวกรรมเนื้อเยื่อ

การเสาะหาวัสดุโครงสร้างที่เหมาะสมสำหรับวิศวกรรมเนื้อเยื่อ เป็นงานวิจัยที่นักวิจัยหลายกลุ่มให้ความสนใจ ทีมงานของ Dr. Kohn กำลังศึกษาการใช้ polycarbonates ตัวใหม่ในการรักษากระดูก ซึ่งทดลองในสัตว์ พบว่า polycarbonates ที่ได้จาก desaminotyrosyltyrosine ethyl ester [poly(DTE carbonate)] และ โพลิเมอร์ที่ได้จาก hexyl ester analog สนับสนุนการเจริญ ของกระดูกใหม่ตลอด 1 ปีที่ติดตามผล ซึ่งแตกต่างจากตัวอย่าง PLA ที่ใช้เป็นวัสดุอ้างอิง กลุ่มผู้วิจัยได้รายงานว่า PLA ทำให้เกิด foreign-body response เล็กน้อย และเกิดชั้นของเนื้อเยื่อที่มีลักษณะเป็นเส้นใย (fibrous tissue) ล้อมรอบชิ้นงาน PLA ที่ฝังไว้ ส่งผลให้ กระดูกไม่สามารถเชื่อมติดกับวัสดุได้ ลักษณะการตอบสนองของเนื้อเยื่อในลักษณะนี้จะไม่พบเมื่อใช้ polycarbonate ฝังในกระดูก การศึกษาในลักษณะที่ใกล้เคียงกันโดยนักวิจัยจาก New Jersey Medical School พบว่าความแตกต่างของโครงสร้าง ของโพลิเมอร์ เพียงเล็กน้อยมีผลกระทบอย่างมากต่อปฏิกิริยาระหว่างกระดูกกับพื้นผิวของวัสดุฝังใน หากเปรียบเทียบเข็มยึดกระดูกที่ทำด้วย poly(DTE carbonate) กับ butyl, hexyl และ octyl ester analogs คณะวิจัยพบความแตกต่างที่คาดไม่ถึงของโพลิเมอร์เหล่านี้ ถึงแม้ว่าโพลิเมอร์ทั้ง 4 ชนิดนี้จะมีโครงสร้างทางเคมีที่คล้ายคลึงกัน แต่ poly(DTE carbonate) ให้ผลการตอบสนองของกระดูกที่ดีที่สุด วัสดุชนิดใหม่นี้กำลังอยู่ในระหว่างการพิจารณาโดย FDA เพื่อการใช้งานในคลินิกต่อไป

อ่านบทความนี้ต่อที่ >> http://www.mtec.or.th/index.php?option=com_content&task=view&id=99&Itemid=36