Forskere udvikler nyt knoglebandagemateriale til revnede knogler

Knogleregenerering er en kompleks proces, og eksisterende metoder til at hjælpe med regenerering, herunder transplantationer og vækstfaktortransmissioner, står over for begrænsninger såsom de høje omkostninger. Men for nylig er der udviklet et piezoelektrisk materiale, der kan fremme væksten af ​​knoglevæv.

Et KAIST-forskerhold ledet af professor Seungbum Hong fra Institut for Materialevidenskab og Engineering (DMSE) har udviklet et biomimetisk stillads, der genererer elektriske signaler ved påføring af tryk ved at udnytte den unikke osteogene evne af hydroxyapatit (HAp). HAp er et basisk calciumphosphatmateriale, der findes i knogler og tænder. Dette biokompatible mineralstof er også kendt for at forhindre huller i tænderne og bruges ofte i tandpasta.

Denne forskning blev udført i samarbejde med et hold ledet af professor Jangho Kim fra Institut for konvergensbiosystemteknik ved Chonnam National University. Resultaterne er publiceret i tidsskriftet ACS Applied Materials &Interfaces .

Tidligere undersøgelser af piezoelektriske stilladser bekræftede virkningerne af piezoelektricitet på at fremme knogleregenerering og forbedre knoglefusion i forskellige polymerbaserede materialer, men var begrænsede til at simulere det komplekse cellulære miljø, der kræves for optimal knoglevævsregenerering. Imidlertid foreslår denne forskning en ny metode til at udnytte de unikke osteogene evner ved HAp til at udvikle et materiale, der efterligner miljøet for knoglevæv i en levende krop.

Forskerholdet udviklede en fremstillingsproces, der fusionerer HAp med en polymerfilm. Det fleksible og fritstående stillads, der er udviklet gennem denne proces, demonstrerede dets bemærkelsesværdige potentiale til at fremme knogleregenerering gennem in vitro og in vivo eksperimenter med rotter.

Holdet identificerede også principperne for knogleregenerering, som deres stillads er baseret på. Ved hjælp af atomkraftmikroskopi (AFM) analyserede de de elektriske egenskaber af stilladset og evaluerede de detaljerede overfladeegenskaber relateret til celleform og celleskeletproteindannelse. De undersøgte også virkningerne af piezoelektricitet og overfladeegenskaber på ekspressionen af ​​vækstfaktorer.

Professor Hong fra KAISTs DMSE sagde:"Vi har udviklet et HAp-baseret piezoelektrisk kompositmateriale, der kan fungere som en 'knoglebandage' gennem sin evne til at accelerere knogleregenerering." Han tilføjede:"Denne forskning antyder ikke kun en ny retning for design af biomaterialer, men er også vigtig for at have udforsket virkningerne af piezoelektricitet og overfladeegenskaber på knogleregenerering."

Flere oplysninger: Soyun Joo et al., Piezoelektrisk og topografisk konstruerede stilladser til acceleration af knogleregenerering, ACS-anvendte materialer og grænseflader (2024). DOI:10.1021/acsami.3c12575

Journaloplysninger: ACS-anvendte materialer og grænseflader

Leveret af Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)