Forskare behandlade nanokristaller som härrör från växtcellulosa så att de kan länka samman och bilda en stark men lätt svamp (en aerogel) som kan komprimera eller expandera efter behov för att helt fylla ut en benhålighet. Kredit:Clare Kiernan, UBC
Forskare från University of British Columbia och McMaster University har utvecklat vad som kan bli framtidens benimplantatmaterial:en luftig, skumliknande substans som kan injiceras i kroppen och utgöra byggnadsställningar för tillväxten av nytt ben.
Den är gjord genom att behandla nanokristaller som härrör från växtcellulosa så att de länkar ihop och bildar en stark men lätt svamp – tekniskt sett, en aerogel - som kan komprimera eller expandera efter behov för att helt fylla ut en benhåla.
"De flesta bentransplantat eller implantat är gjorda av hårda, skör keramik som inte alltid överensstämmer med formen på hålet, och dessa luckor kan leda till dålig tillväxt av benet och implantatfel, " sa studieförfattaren Daniel Osorio, en Ph.D. student i kemiteknik vid McMaster. "Vi skapade denna nanokristalla aerogel av cellulosa som ett mer effektivt alternativ till dessa syntetiska material."
För sin forskning, teamet arbetade med två grupper av råttor, där den första gruppen fick aerogelimplantaten och den andra gruppen inte fick några. Resultaten visade att gruppen med implantat såg 33 procent mer bentillväxt vid treveckorsgränsen och 50 procent mer bentillväxt vid 12-veckorsgränsen, jämfört med kontrollerna.
"Dessa resultat visar, för första gången i en labbmiljö, att en cellulosa nanokristall aerogel kan stödja ny bentillväxt, " sa studiens medförfattare Emily Cranston, en professor i trävetenskap och kemi- och biologisk teknik som innehar presidentens excellensstol i skogsbioprodukter vid UBC. Hon tillade att implantatet skulle bryta ner till giftfria komponenter i kroppen när benet börjar läka.
Innovationen kan potentiellt fylla en nisch på marknaden för 2 miljarder dollar för bentransplantat i Nordamerika, sade studiemedförfattaren Kathryn Grandfield, professor i materialvetenskap och teknik, och biomedicinsk ingenjör vid McMaster som övervakade arbetet.
Studie medförfattare Emily Cranston, en professor i trävetenskap och kemi och biologisk teknik vid UBC Kredit:Clare Kiernan, UBC
"Vi kan se att den här aerogelen används för ett antal tillämpningar, inklusive tandimplantat och ryggrads- och ledprotesoperationer, " sade Grandfield. "Och det kommer att vara ekonomiskt eftersom råvaran, nanocellulosa, produceras redan i kommersiella kvantiteter."
Forskarna säger att det kommer att dröja innan aerogelen tar sig ut ur labbet och in i operationssalen.
"Den här sommaren, vi kommer att studera mekanismerna mellan benet och implantatet som leder till bentillväxt, ", sa Grandfield. "Vi kommer också att titta på hur implantatet bryts ned med hjälp av avancerade mikroskop. Efter det, fler biologiska tester kommer att krävas innan den är redo för kliniska prövningar."
"Cross-linked cellulosa nanokristalla aerogels as viable bone tissue scaffolds" publicerades förra veckan i Acta Biomaterialia .
