Forskere skaber kemiske haver, der kan bruges som knogleerstatningsmaterialer

En ny måde at fremstille knogleerstatningsmaterialer på, der gør det muligt for celler at vokse omkring og inde i dem, er blevet udviklet af forskere ved University of Birmingham.

Holdet vedtog en ny tilgang kaldet kemobrionik, hvor kemiske komponenter kontrollerbart drives til at reagere sammen på bestemte måder, muliggør selvmontering af indviklede bioinspirerede strukturer.

Forskere observerede først disse livlignende 'kemiske haver' for flere hundrede år siden, men den seneste fornyede interesse inden for kemobrionik har set forskere bruge disse teknikker til at designe nye materialer på mikro- og nanoskala.

Birmingham -forskerne satte sig for at undersøge, om kemobrionik også kunne udnyttes til bioteknologiske anvendelser.

Hovedforfatter Erik Hughes, fra School of Chemical Engineering ved University of Birmingham, "Vi satte os for at undersøge, om kemobrionik kunne bruges til at danne arkitekturer, der kemisk og strukturelt ligner menneskelig knogle. Når først en metode til generering af sådanne strukturer er etableret, det naturlige næste skridt fremad er at vurdere, om kemobrioniske materialer kan give ideelle rammer for knogleregenerering."

Holdet brugte en calciumfyldt gel lagdelt under en fosfatopløsning, og det lykkedes at dyrke lange hule rør i mikroskala af hydroxyapatitmateriale, der i sammensætning ligner naturlig knogle. Hydroxyapatit bruges almindeligvis som et knogleerstatningsmateriale, men det er typisk fremstillet som et pulver eller som en hård blok, som så skal formes med videre bearbejdning.

De individuelle strukturer, der dyrkes af Birmingham-holdet, er omtrent lige så tykke som et hårstrå. Disse rør har karakteristiske træk, herunder porøse overflader, der fremmer interaktioner med celler. Udgivet i RSC Biomaterials Science , undersøgelsen viser rørets lighed med mange af de strukturer, der findes i knoglevæv, såsom osteoner - lange cylindriske kanaler i knogler, der huser blodkar.

"Vi kan finde masser af eksempler på kemobrioniske principper, der virker i naturen, " forklarer Erik. "F.eks. på havbunden, vi ser varme mineralrige væsker, der udsendes fra hydrotermiske åbninger, der reagerer med det kølige havvand og danner skorstenslignende strukturer. Vi udnytter de samme mekanismer til at lave disse nye strukturer til anvendelser i regenerativ medicin."

Holdet har testet rørenes evne til at understøtte cellevedhæftning, levedygtighed og vækst i laboratoriet ved hjælp af stamceller. De var i stand til at vise omfattende spredning af cellerne på og strække sig inden i rørene efter kun 48 timer, indikerer gunstige celle-materiale interaktioner.

"At bruge kemobrionik til at producere materialer, der er biokompatible, er en relativt ny tilgang, men vi er virkelig begejstrede for dets potentiale, " siger medforfatter Miruna Chipara, som også er baseret på School of Chemical Engineering ved University of Birmingham. "I særdeleshed, den måde, hvorpå disse strukturer fremmer cellulær integration, betyder, at de kan være almindeligt nyttige til knogleregenerering".

De næste trin for forskerne inkluderer at udføre yderligere tests for at demonstrere egenskaberne af de rørformede materialer, og hvordan de kan modificeres for at forbedre vævsregenerering. Forskerne håber på, at deres arbejde vil føre til udviklingen af ​​en ny klasse af kemobrioniske knogleerstatningsmaterialer.