تولید ماده کاشت استخوان و دندان از ادرار انسان

به گزارش پایگاه خبری “ججین” به نقل از ایسنا، دانشمندان مخمر مصنوعی در ادرار انسان را به ماده کاشتنی با ارزش بالا تبدیل کردند که ضمن پاکسازی فاضلاب، یک بازار ۵/۳ میلیارد دلاری پزشکی را تغذیه می‌کند.

اغلب تصور می‌شود که ادرار انسان یک زباله است، اما حجم زیاد آن، خطرات جدی زیست‌محیطی ایجاد می‌کند و سامانه‌های آبی را با مواد مغذی اضافی بیش از حد اشباع می‌کند.

به نقل از آی‌ای، اکنون گروهی از دانشمندان راهی برای تبدیل این مشکل به یک فرصت پیدا کرده‌اند و ادرار را به یک منبع پزشکی ارزشمند تبدیل می‌کنند.

پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا به همراه همکارانی از مؤسسات ایالات متحده و ژاپن، یک سامانه مخمر مصنوعی را مهندسی کرده‌اند که ادرار را به «هیدروکسی آپاتیت»(HAp) تبدیل می‌کند. این ماده معدنی فسفات کلسیم که سازگار با محیط‌زیست است، به طور گسترده در ایمپلنت‌های استخوان و دندان، ترمیم آثار باستانی و مواد زیست تخریب‌پذیر استفاده می‌شود.

حل دو مشکل با یک فرآیند 

«دیوید کیسایلوس»(David Kisailus)، استاد علم و مهندسی مواد دانشگاه کالیفرنیا و یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: این فرآیند به طور همزمان به دو هدف دست می‌یابد. از یک طرف، به حذف ادرار انسان از جریان فاضلاب کمک می‌کند، آلودگی محیط‌زیست و تجمع مواد مغذی ناخواسته را کاهش می‌دهد و از طرف دیگر، ماده‌ای تولید می‌کند که می‌تواند به صورت تجاری برای استفاده در محیط‌های مختلف به بازار عرضه شود.

بار بالای مواد مغذی ادرار در صورت عدم تصفیه می‌تواند به حوضه‌های آبریز آسیب برساند. فرآیند این تیم، این خطر را خنثی می‌کند.

تقلید مخمر مصنوعی از سلول‌های طبیعی استخوان 

در پستانداران، سلول‌های استخوان‌ساز موسوم به «استئوبلاست‌ها»(osteoblasts)، فسفات کلسیم را از مایعات بدن جذب می‌کنند تا «هیدروکسی آپاتیت» تولید کنند، اما این سلول‌های طبیعی نمی‌توانند از تولید در مقیاس بزرگ پشتیبانی کنند. تیم تحقیقاتی برای غلبه بر این مشکل، «استئومخمر»(osteoyeast) را تولید کرد که یک سویه مخمر مصنوعی است که رفتار «استئوبلاست» را تقلید می‌کند.

این سلول‌ها اوره را تجزیه می‌کنند تا «پی‌اچ»(pH) را افزایش دهند تا حفره‌های داخلی را مجبور به جمع‌آوری کلسیم و فسفات کنند. سپس این ماده به «هیدروکسی آپاتیت» متبلور می‌شود و به خارج از سلول ترشح می‌شود. این فرآیند حداکثر یک گرم «هیدروکسی آپاتیت» در هر لیتر ادرار تولید می‌کند.

ماده‌ای مقیاس‌پذیر، کم‌هزینه و در دسترس جهانی 

«کیسایلوس» می‌گوید: این فرآیند برای تولید «هیدروکسی آپاتیت» یا ماده معدنی استخوان، کمتر از یک روز طول می‌کشد. این فرآیند از مخمر به عنوان یک سکوی شاسی استفاده می‌کند که هم ارزان است و هم می‌توان آن را در دماهای نسبتاً پایین در خمره‌های بزرگ قرار داد. این موضوع نشان می‌دهد که این کار را می‌توان به راحتی و بدون نیاز به زیرساخت‌های عمده انجام داد و همچنین این امر مزیت اضافی نیز دارد که آن را در دسترس اقتصادهای در حال توسعه قرار می‌دهد.

استفاده از مخمر همچنین به این معنی است که این سامانه می‌تواند در مناطقی که تولید با فناوری پیشرفته امکان‌پذیر نیست، مستقر شود و مواد پزشکی پیشرفته را در دسترس‌تر کند.

از زباله تا مواد چند منظوره 

ماده «هیدروکسی آپاتیت» به دلیل سبک بودن، قوی و بادوام بودن شناخته شده است که برای ایمپلنت‌ها و ترمیم، ماده ایده‌آلی است، اما این تیم استفاده گسترده‌تری را پیش‌بینی می‌کند.

«کیسایلوس» خاطرنشان کرد: ما برای ساخت مواد دیگر با استفاده از این فرآیند مانند موادی برای کاربردهای مبتنی بر انرژی ادامه می‌دهیم. ما در حال حاضر، در حال توسعه استراتژی‌هایی برای استفاده از پلتفرم مخمر با دانش چاپ سه بعدی و ساختاری خود برای ساخت مواد چند منظوره هستیم.

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.