Titan är det föredragna materialet för kirurgiska fixeringsprocedurer, allt från knäprotes till käkimplantat. Dock, eftersom denna superstarka metall inte absorberas av kroppen över tid, det kan orsaka komplikationer som infektion, fistulisering (särskilt efter strålbehandling), störande skeletttillväxt, intolerans, termisk känslighet, och störningar med MRT och andra föreställningsförfaranden. Ytterligare procedurer för att ta bort hårdvara är bland de vanligaste operationerna i världen och en stor kostnad för sjukhus.

Ett lovande alternativ är magnesium, en säkert biologiskt nedbrytbar metall och kofaktor för många enzymer i DNA-reparation som också främjar benhälsan. Men medan dess fysiska egenskaper gör den lämplig för bärande platser, såsom käkens käke, dess snabba nedbrytning i kroppen resulterar ibland i bildandet av vätebubblor som kan leda till allvarliga komplikationer.

I ett unikt samarbete, forskare vid NYU Tandon School of Engineering, NYU School of Medicine, och NYU Dentistry utvecklar och testar legeringar av magnesium som behandlas för att förbättra styrkan och bromsa nedbrytningsprocessen, därigenom undviker bildningen av dessa bubblor.

I forskning publicerad i Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery , laget, som inkluderar Nikhil Gupta, docent i mekanisk och rymdteknik vid NYU Tandon; Paulo Coelho, Dr Leonard I. Linkow professor vid NYU Dentistry; Eduardo D. Rodriguez, Helen L. Kimmel professor i rekonstruktiv plastikkirurgi och ordförande, Hansjörg Wyss Institutionen för plastikkirurgi vid NYU School of Medicine; och Andrea Torroni, MD, docent, Wyss Department of Plastic Surgery vid NYU School of Medicine, rapporterade om sina tester av en magnesiumlegering som utsattes i Guptas labb för en process som kallas T-5-härdning, med uppvärmning till 210 grader Celsius i 48 timmar.

Efter att ha kirurgiskt implanterat små prover av legeringen i fronton-nasala regionen av studiedjur, teamet undersökte ackumuleringen av elementet i lymfkörtlarna, hittade ingen skillnad mellan djur utan implantat och studiedjuren. Forskarna implanterade också obehandlad - eller "som gjuten" - legering, fann att både de gjutna proverna och T-5 värmebehandlade legeringar visade god biokompatibilitet och främjade bentillväxt hos testdjur. T-5 legeringen, dock, var mycket stabilare, med en åtta gånger lägre nedbrytningshastighet än den gjutna legeringen.

Gupta sa att han inte var förvånad över de positiva resultaten, eftersom de speglade vad han hade observerat under in vitro-studier vid NYU Tandon.

"I vårt labb lägger vi både gjutna och värmebehandlade legeringen i en lösning av natriumklorid för att simulera kroppsvätskemiljöer. Inte överraskande, den gjutna versionen korroderade mycket. Dock, den värmebehandlade versionen korroderade inte alls, ", sa han. "Vad vi har upptäckt är att genom att använda värmebehandling kan vi helt förändra legeringen från en nedbrytbar, resorberbar struktur till en som inte bryts ned med tiden. I huvudsak, värmebehandling gör att magnesium beter sig, in vitro och in vivo, mer som titan."

Torroni tror att resultaten är bra för eventuella kliniska tillämpningar av T-5 magnesium, vars mekaniska egenskaper är jämförbara med titan, även vid underkäksfrakturer, där belastningen på benen är särskilt hög. "T-5 är verkligen den bästa kandidaten för dessa högstressapplikationer. Den har överlägsna egenskaper som ligger mycket nära benens och är mycket bra för fixering av frakturer, ”, förklarade han. ”Den uppvisar lägre långsiktiga risker eftersom den resorberar. Och det kan främja benbildning och benläkning. Det är helt biokompatibelt utan risk för avstötning, och begränsad risk för infektion."

Teamet upptäckte inte heller någon post-kirurgisk sjuklighet, även hos kontrolldjuren som fick implantat av obehandlat magnesium.

"På grund av magnesiums systemiska absorberbarhet, det här är inget problem, ", sa Coelho. "Nyckelidén är att göra ett implantat som antingen kan vara icke-absorberbart, som ett permanent stöd, eller absorberbar, som suturer som försvinner efter en tid." Gupta sa att forskningen inte hade varit möjlig utan samarbete mellan NYU-institutioner. "Bredden av denna forskning tar den från labbet hela vägen till en klinisk miljö, " han lade till.