Ett hybridmetabiomaterial som främjar bentillväxt är inget du hittar i naturen, men det kan skapas med hjälp av en 3D-skrivare och befintliga biomaterial. TU Delft-forskare har utvecklat ett meta-implantat som kombinerar ett konventionellt metabiomaterial med ett auxetiskt metabiomaterial. Till skillnad från naturmaterial, auxetics har ett negativt Poisson-förhållande - när det sträcks, de blir tjockare vinkelrätt mot den applicerade kraften. Materialet kan därför användas i höftimplantat för att säkerställa deras långtidsfixering. TU Delft-forskarna publicerade sina resultat i den vetenskapliga tidskriften Material horisonter den 2 januari 2018.

Runt år 2020, antalet höftproteser runt om i världen förväntas stiga till 2,5 miljoner per år. Med hjälp av nuvarande teknik, cirka 10 procent av dessa implantat kommer inte längre att vara ordentligt fixerade 10 år efter operationen. Detta inspirerade TU Delft-professorn Amir Zadpoor ​​att hitta ett sätt att förhindra att implantatet lossnar. Zadpoor ​​tror nu att han har hittat en lösning med hjälp av ett auxetiskt metabiomaterial.

Metabiomaterial är den biomedicinska varianten av så kallade metamaterial, material som uppvisar egenskaper som inte finns i naturen. I deras publikation, Zadpoor ​​och hans kollegor beskriver den enorma potentialen hos metamaterial i utvecklingen av medicinska implantat. "Auxetiskt metabiomaterial, designad med enkel geometri och tryckt i titan, visar den unika mekaniska egenskapen att expandera när den sätts under tryck. Detta gör den idealisk för användning tillsammans med material som gör det motsatta, " förklarar Zadpoor. "När någon med ett höftimplantat går, protesen utsätts för olika krafter. Om för mycket tryck utvecklas på ena sidan av protesen, det kan lossna från benet, vilket är extremt oönskat."

Forskarna tror att en hybridprotes gjord av metabiomaterial med ett positivt Poisson-förhållande och de med ett negativt Poisson-förhållande kommer att bli mycket mer fixerade i kroppen. "Detta kommer avsevärt att förbättra chanserna för bentillväxt på hybridmetabiomaterialen, håller implantatet mycket säkrare på plats." Zadpoor ​​tror också att han kommer att kunna använda detta nya material i framtiden för att ta itu med den viktigaste orsaken till att implantatet lossnar. "Eftersom det kommer att finnas färre onaturliga krafter som verkar på protesen, det finns en mindre chans att plastpartiklar slits av i höftskålen, vilket kan öka risken för att lossna."

Zadpoors experiment involverade en vertikal kompression på ett implantat omgivet av benliknande material (speciellt skum med benets mekaniska egenskaper). Kraften simulerar stressen som utövas på ett implantat i människokroppen. Som ett resultat av detta tryck, det nya implantatet expanderar, vilket resulterar i kompression i det omgivande benet på båda sidor (den turkosa färgen ses på bilden ovan). Det är just denna kompression som kan säkerställa förbättrad implantatfixering. Kliniska prövningar har ännu inte genomförts. Under de kommande åren, Den primära forskningsfrågan för Delft-gruppen – som kommer att arbeta i samarbete med forskare från olika akademiska sjukhus – handlar om hur just dessa egenskaper kan användas för att utveckla bättre implantat.

"Innovation inom området höftimplantat är välbehövlig, och professor Zadpoors nya metod har säkert potential att förlänga livslängden på implantat. En stegvis introduktion som börjar med 3D-mätningar av detta implantat hos patienter kommer att vara nödvändig för att garantera en säker kvalitetsförbättring för patienter, " säger professor Rob Nelissen, Medical Delta Professor och ortopedisk kirurg vid Leiden University Medical Centre.

Pappret, "Rationellt utformade meta-implantat:en kombination av auxetiska och konventionella meta-biomaterial, " publicerades i Royal Society of Chemistrys peer-reviewed tidskrift Material horisonter .