Ett nytt sätt att tillverka benersättningsmaterial som gör det möjligt för celler att växa runt och inuti dem har utvecklats av forskare vid University of Birmingham.

Teamet antog en ny metod som kallas kemobrionik, där kemiska komponenter kontrolleras drivs att reagera tillsammans på specifika sätt, möjliggör självmontering av intrikata bioinspirerade strukturer.

Forskare observerade först dessa naturtrogna "kemiska trädgårdar" för flera hundra år sedan, men nyligen förnyat intresse inom området kemobrionik har sett forskare använda dessa tekniker för att designa nya material i mikro- och nanoskala.

Birmingham-forskarna försökte undersöka om kemobrionik också skulle kunna utnyttjas för biotekniska tillämpningar.

Huvudförfattare Erik Hughes, från School of Chemical Engineering vid University of Birmingham, förklarar "Vi försökte undersöka om kemobrionik skulle kunna användas för att bilda arkitekturer som kemiskt och strukturellt liknar mänskligt ben. När en metod för att generera sådana strukturer har etablerats, det naturliga nästa steget framåt är att utvärdera om kemobrionmaterial kan ge idealiska ramar för benregenerering."

Teamet använde en kalciumladdad gel skiktad under en fosfatlösning, och lyckades odla långa ihåliga rör i mikroskala av hydroxiapatitmaterial som i sammansättning liknar naturligt ben. Hydroxiapatit används ofta som benersättningsmaterial, men det tillverkas vanligtvis som ett pulver eller som ett hårt block, som sedan behöver formas med vidare bearbetning.

De individuella strukturerna som odlas av Birmingham-teamet är ungefär lika tjocka som ett hårstrå. Dessa rör har utmärkande egenskaper, inklusive porösa ytor som främjar interaktioner med celler. Publicerad i RSC Biomaterials Science , studien visar på likheten mellan rören och många av de strukturer som finns i benvävnad, såsom osteoner – långa cylindriska kanaler i ben som hyser blodkärl.

"Vi kan hitta massor av exempel på kemobrionprinciper som fungerar i naturen, " förklarar Erik. "T.ex. på havsbotten, vi ser heta mineralrika vätskor som släpps ut från hydrotermiska ventiler som reagerar med det kalla havsvattnet för att bilda skorstensliknande strukturer. Vi utnyttjar samma mekanismer för att göra dessa nya strukturer för tillämpningar inom regenerativ medicin."

Teamet har testat rörens förmåga att stödja cellfästning, viabilitet och tillväxt i laboratoriet med stamceller. De kunde visa omfattande spridning av cellerna på och förlängning inom rören efter bara 48 timmar, indikerar gynnsamma cell-material-interaktioner.

"Att använda kemobrionik för att producera material som är biokompatibla är ett relativt nytt tillvägagångssätt, men vi är verkligen glada över dess potential, " säger den första författaren Miruna Chipara, som också är baserad på School of Chemical Engineering vid University of Birmingham. "Särskilt, hur dessa strukturer främjar cellulär integration betyder att de kan vara allmänt användbara för benregenerering".

Nästa steg för forskarna inkluderar att utföra ytterligare tester för att demonstrera egenskaperna hos de rörformiga materialen och hur de kan modifieras för att förbättra vävnadsregenerering. Forskarna är hoppfulla att deras arbete kommer att leda till utvecklingen av en ny klass av kemobrioniska benersättningsmaterial.