Fra skum til knogle:Plantecellulose kan bane vejen for sunde knogleimplantater

Forskere fra University of British Columbia og McMaster University har udviklet, hvad der kunne være fremtidens knogleimplantatmateriale:en luftig, skumlignende stof, der kan sprøjtes ind i kroppen og danner stilladser for væksten af ​​ny knogle.

Det er lavet ved at behandle nanokrystaller afledt af plantecellulose, så de forbinder sig og danner en stærk, men let svamp – teknisk set, en aerogel - der kan komprimere eller udvide sig efter behov for helt at udfylde et knoglehulrum.

"De fleste knogletransplantater eller implantater er lavet af hårde, skør keramik, der ikke altid passer til formen på hullet, og disse huller kan føre til dårlig vækst af knoglen og implantatfejl, " sagde undersøgelsesforfatter Daniel Osorio, en ph.d. studerende i kemiingeniør ved McMaster. "Vi skabte denne cellulose nanokrystal aerogel som et mere effektivt alternativ til disse syntetiske materialer."

For deres forskning, holdet arbejdede med to grupper af rotter, hvor den første gruppe modtager aerogelimplantaterne, og den anden gruppe ikke modtager nogen. Resultaterne viste, at gruppen med implantater oplevede 33 procent mere knoglevækst ved tre-ugers mærket og 50 procent mere knoglevækst ved 12-ugers mærket, sammenlignet med kontrollerne.

"Disse resultater viser, for første gang i et laboratorium, at en cellulose nanokrystal aerogel kan understøtte ny knoglevækst, " sagde studie medforfatter Emily Cranston, en professor i trævidenskab og kemisk og biologisk ingeniørvidenskab, der har præsidentens Excellence-stol i skovbioprodukter ved UBC. Hun tilføjede, at implantatet skulle nedbrydes til ikke-toksiske komponenter i kroppen, når knoglen begynder at hele.

Innovationen kan potentielt udfylde en niche på 2 milliarder dollars knogletransplantatmarked i Nordamerika, sagde studiemedforfatter Kathryn Grandfield, professor i materialevidenskab og teknik, og biomedicinsk ingeniør hos McMaster, der overvågede arbejdet.

"Vi kan se, at denne aerogel bliver brugt til en række anvendelser, herunder tandimplantater og ryg- og ledudskiftningsoperationer, " sagde Grandfield. "Og det vil være økonomisk, fordi råmaterialet, nanocellulosen, bliver allerede produceret i kommercielle mængder."

Forskerne siger, at der vil gå noget tid, før aerogelen når ud af laboratoriet og ind på operationsstuen.

"Den her sommer, vi vil studere mekanismerne mellem knoglen og implantatet, der fører til knoglevækst, " sagde Grandfield. "Vi vil også se på, hvordan implantatet nedbrydes ved hjælp af avancerede mikroskoper. Efter det, mere biologisk testning vil være påkrævet, før den er klar til kliniske forsøg."

"Tværbundet cellulose nanokrystal aerogeler som levedygtige knoglevævsstilladser" blev offentliggjort i sidste uge i Acta Biomaterialia .