2021 წელს საქართველოს უნივერსიტეტის ლექტორის, პროფესორ საიდ საჰმანის სტატიები — „Effect of hexagonal structure nanoparticles on the morphological performance of the ceramic scaffold using analytical oscillation response“ და „Fabrication and resonance simulation of 3D-printed biocomposite mesoporous implants with different periodic cellular topologies“ — შესაბამისად ჟურნალებში Ceramics International და Bioprinting გამოქვეყნდა. აღნიშნული პუბლიკაციების შესახებ პროფესორ საიედ საჰმანს რამდენიმე კითხვა დავუსვით. გთავაზობთ მის პასუხებს.
1. რა გავლენა შეიძლება ჰქონდეს ამ კვლევას ადამიანის ცხოვრებაზე?
დღეს ნანოტექნოლოგია ჩვენი ცხოვრების თითქმის ყველა სფეროზე ახდენს გავლენას, მათ შორის მოლეკულური და უჯრედული ბიოლოგიის ახალი ინსტრუმენტების, პათოგენების გამოვლენის ახალი მასალებისა და გარემოს დაცვის მიმართულებით. ტრაბეკულური ძვალი და ჩვენს ორგანიზმში არსებული მრავალი მზარდი სტრუქტურა ბუნებრივ ფოროვან სტრუქტურებს წარმოადგენს. სწორედ ამიტომ, ნანოტექნოლოგიის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო ფუნქცია მდგომარეობს მისი გამოყენების შესაძლებლობაში ფოროვანი ქსოვილოვანი ინჟინერიის კომპონენტების — ბიოლოგიური სკაფოლდების — დასამზადებლად, რომლებსაც გაუმჯობესებული სტრუქტურული და ბიოსამედიცინო მახასიათებლები აქვთ.
მეორე მხრივ, ბიოსამედიცინო გამოყენებისას სკაფოლდების დიზაინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მათ ბიოშეთავსებადობაში, სპეციფიკური ზედაპირის მახასიათებლები კი დიდწილად დამოკიდებულია შერჩეულ ტოპოლოგიურ გეომეტრიაზე. ზოგადად, ძვლის სკაფოლდი ისე უნდა იყოს დაპროექტებული, რომ ადამიანის ჯანმრთელი ძვლის სტრუქტურის იმიტაციას ახდენდეს და შესაბამისი მატერიალური და ბიოლოგიური თვისებები ჰქონდეს. შესაბამისად, ძვლის სკაფოლდის ფოროვანი სტრუქტურის ტოპოლოგიური ანალიზი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მისი ბიოშეთავსებადობის ოპტიმიზაციაში.
ჩვენს კვლევით პროგრამაში ყურადღება გავამახვილეთ ბიომედიცინის მეცნიერების განვითარებაზე და მეზოფოროვანი ბიონანოკომპოზიტური ძვლის სკაფოლდების წარმოებაზე, რომელთა გამოყენებაც დაზიანებული ძვლოვანი ქსოვილების აღდგენის დაჩქარებას შეუწყობს ხელს.
2. კონკრეტულად როგორ უკავშირდება კვლევის თემა აღნიშნულ საკითხებს?
წინამდებარე კვლევაში 3D ბეჭდვის ტექნოლოგია გამოვიყენეთ მეზოფოროვანი პოლილაქტიდისა და ჰიდროქსიაპატიტის (PLA-HA) ბიონანოკომპოზიტური ძვლის სკაფოლდების დასამზადებლად. გამოყენებული იყო სხვადასხვა პერიოდული უჯრედული ტოპოლოგია, მათ შორის კუბური, ცილინდრული და ექვსკუთხა ფოროვანი კონფიგურაციები.
გარდა ამისა, ვინაიდან ძვლის სკაფოლდის მექანიკურ ვიბრაციას შეუძლია მისი ფუნქციური შესაძლებლობების გაუმჯობესება, ანალიტიკურად განვსაზღვრეთ დამზადებული ბიონანოკომპოზიტური სკაფოლდებისგან შექმნილი ძვლის იმპლანტის სიხშირისა და ამპლიტუდის საპასუხო მახასიათებლები რეზონანსული ქცევის პირობებში.
კვლევის მიზანი იყო 3D-დაბეჭდილი PLA-HA ბიონანოკომპოზიტური ძვლის სკაფოლდების ოპტიმალური მექანიკური დიზაინის შემუშავება, რომლებითაც შესაძლებელი იქნება დეფექტური ძვლოვანი ქსოვილის აღსადგენად და ექნებათ უჯრედების მიმაგრებისა და ცილების ადსორბციის მაღალი შესაძლებლობა.
ამ მიზნით, PLA-HA ბიონანოკომპოზიტები საფქვავი დანადგარის გამოყენებით დავამზადეთ. ჰიდროქსიაპატიტის ნანონაწილაკების გამოყენებამ მათი დიდი თავისუფალი ზედაპირის ფართობის გამო დამზადებული სკაფოლდების ბიოლოგიური მახასიათებლები გააუმჯობესა. შემდეგ მომზადებული ბიონანოკომპოზიტური ფხვნილი 3D ბეჭდვის ექსტრუდერში მოვათავსეთ. ექსტრუზიის შედეგად მიღებული ძაფებისგან სხვადასხვა პერიოდული უჯრედული ტოპოლოგიის მქონე ძვლის სკაფოლდების ნიმუშები დავამზადეთ, მათ შორის კუბური, ცილინდრული და ექვსკუთხა ფოროვანი კონფიგურაციებით.
დამზადებული PLA-HA ბიონანოკომპოზიტური მეზოფოროვანი სკაფოლდების მექანიკური თვისებები ექსპერიმენტულად განვსაზღვრეთ სხვადასხვა ფოროვანი კონფიგურაციისთვის. სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპიის (SEM) და რენტგენული დიფრაქციის (XRD) გამოყენებით ასევე შევისწავლეთ დამზადებული ბიონანოკომპოზიტური სკაფოლდების მახასიათებლები სიმულირებულ სხეულის სითხეში (SBF) მოთავსების შემდეგ.
საბოლოოდ, მრავალჯერადი დროითი მასშტაბის მეთოდი გამოვიყენეთ მეზოფოროვანი PLA-HA ბიონანოკომპოზიტური მასალისგან დამზადებული ძვლის იმპლანტის მექანიკური რეზონანსული მახასიათებლების ანალიტიკური პროგნოზირებისთვის, როგორც სუბჰარმონიული, ისე სუპერჰარმონიული მექანიკური აღგზნების პირობებში.
3. როგორ შეუძლიათ სტუდენტებს ამ სფეროში ჩართვა და რატომ უნდა დაინტერესდნენ ამ მიმართულებით?
ჩვენი კვლევითი პროგრამა მულტიდისციპლინურია და ცოდნისა და გამოცდილების ფართო სპექტრს აერთიანებს. შესაბამისად, პროგრამაში ჩართვა შეუძლიათ სხვადასხვა მიმართულების სტუდენტებს, მათ შორის მექანიკური ინჟინერიის, ბიოლოგიის, მასალათმცოდნეობის, ქიმიური ინჟინერიისა და მათემატიკის სტუდენტებს.
ეს კვლევითი მიმართულება მსოფლიოში აქტუალური თემაა, ამიტომ მიღებული შედეგების პრესტიჟულ საერთაშორისო სამეცნიერო ჟურნალებში გამოქვეყნების შესაძლებლობა არსებობს. კვლევითი სამუშაოები 2019 წელს დავიწყეთ და ორ წელზე ნაკლებ პერიოდში უკვე შევძელით 17 ISI სტატიის გამოქვეყნება საერთაშორისო ჟურნალებში.
შესაბამისად, თუ სტუდენტი შესაბამის მიმართულებას სწავლობს, დაინტერესებულია ახალი თემის კვლევით და სურს პრესტიჟულ საერთაშორისო სამეცნიერო ჟურნალებში სტატიების გამოქვეყნება, ვფიქრობ, ეს კვლევითი პროგრამა მისთვის საინტერესო შესაძლებლობა იქნება.
4. რა იყო კვლევის განხორციელების მთავარი გამოწვევები და რა უნარები იყო საჭირო?
როგორც აღვნიშნე, ჩვენს კვლევით პროგრამაში სხვადასხვა სპეციალობის წარმომადგენლები მონაწილეობენ. შესაბამისად, მექანიკური ინჟინერიისა და მათემატიკის სტუდენტებს, რომლებსაც აქვთ გამოთვლითი კოდების ან სტრუქტურული ქცევის ანალიტიკური ამოხსნების შემუშავების უნარი, შეუძლიათ კვლევაში ჩართვა.
ამასთან, ბიოლოგიის, მასალათმცოდნეობისა და ქიმიური ინჟინერიის მიმართულების სტუდენტებს შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ ახალი კომპოზიტური მასალების დამზადებაში, მათი გამტარობის მახასიათებლების ანალიზსა და ისეთ კვლევით მეთოდებში, როგორიცაა სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპია და რენტგენული დიფრაქცია.
5. რამ დაგაინტერესათ ამ თემაზე კვლევის ჩატარებით?
ნანო და მიკროსტრუქტურების გამოთვლითი არაწრფივი მექანიკისა და მოწინავე კომპოზიტური სტრუქტურების მიმართულებით არაერთი კვლევის ჩატარებისა და 150-ზე მეტი ISI სტატიის გამოქვეყნების შემდეგ, გადავწყვიტე, დამეკავშირებინა ეს კვლევითი მიმართულებები გამოყენებით ბიომექანიკურ ინჟინერიასთან.
ამ მიზნით აღმოვაჩინე, რომ ოპტიმალური მატერიალური თვისებებისა და მაღალი ბიოსამედიცინო მახასიათებლების მქონე ბიოლოგიური სკაფოლდების მექანიკური დიზაინი ბოლო ათწლეულის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო მიმართულებაა. შესაბამისად, 2019 წელს, ბიოლოგიის სფეროში კვლევითი გამოცდილების მქონე კოლეგებთან თანამშრომლობით, აღნიშნულ კვლევით პროგრამაზე მუშაობა დავიწყე.
6. გვიამბეთ თქვენი თანაავტორების შესახებ.
პროფესორი მოჰამად მოჰამადი აღდამი ამირკაბირის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის მექანიკური ინჟინერიის დეპარტამენტის წევრია. ჩვენი კვლევითი პროგრამის ფარგლებში მისი კვლევითი ინტერესები და სპეციალიზაცია 3D ბეჭდვის აპარატების გამოყენებით მყარი სტრუქტურების დიზაინს უკავშირდება.
დოქტორი საიდ საბერ-სამანდარი ამირკაბირის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის ახალი ტექნოლოგიების კვლევითი ცენტრის წევრია. მასთან თანამშრომლობა მოიცავს ბიოკომპოზიტური მასალების დამზადების ახალი ტექნოლოგიების გამოყენებას და მათი გამტარობის მახასიათებლების 'შესასწავლად ბიოლოგიური ექსპერიმენტების ჩატარებას.
7. რა გამოხმაურება მოჰყვა ამ კვლევას?
ჩვენი კვლევითი პროგრამის ფარგლებში ერთ-ერთი მიღებული და გამოქვეყნებული ნაშრომი 2021 წელს ირანის ნანოტექნოლოგიის ინოვაციების საბჭომ წლის ყველაზე საინტერესო კვლევით ნაშრომად შეარჩია.
გარდა ამისა, მივიღეთ რამდენიმე შეთავაზება ერთობლივი კვლევითი პროგრამების განხორციელების შესახებ გერმანიის, ჩინეთისა და თურქეთის უნივერსიტეტებიდან.
8. რა დამატებითი მხარდაჭერა მიიღო ამ კვლევამ?
მადლობას ვუხდი "საქართველოს უნივერსიტეტს" მხარდაჭერისთვის. საქართველოს უნივერსიტეტის ადმინისტრაციამ მაქსიმალურად დაგვიჭირა მხარი, რათა კვლევითი პროექტი ეფექტიანად განგვეხორციელებინა.
