Forskare i Storbritannien och USA har lyckats "finjustera" ett nytt termoplastiskt biomaterial för att möjliggöra kontroll av både den hastighet med vilken det försämras i kroppen och dess mekaniska egenskaper oberoende.

Materialet, en typ av polyester, har utformats för användning vid mjukvävnadsreparation eller flexibel bioelektronik av ett team vid University of Birmingham i Storbritannien och Duke University i USA.

Material som framgångsrikt replikerar den nödvändiga elasticiteten och styrkan hos biologiska vävnader men som också bionedbryts över en lämplig tidsskala är extremt svåra att konstruera. Detta beror på att kemin som används för att producera ett materials mekaniska egenskaper också vanligtvis kommer att styra den hastighet med vilken det försämras.

I ett nytt framsteg, teamet har nu visat hur tillsatsen av bärnstenssyra - en produkt som finns naturligt i kroppen - kan användas för att kontrollera nedbrytningshastigheten.

I en ny studie, publicerad i Naturkommunikation , forskare visade hur polyesterbiomaterialet försämras gradvis under en period av fyra månader, med friska vävnader som växer in i och så småningom ersätter implantatet. Tester på råttor utfördes också för att bekräfta materialets biokompatibilitet och säkerhet.

Genom att variera mängder bärnstenssyra kunde teamet kontrollera hur snabbt vatten tränger igenom materialet och därmed nedbrytningshastigheten. Vanligtvis, de strukturella förändringar som ökar nedbrytningshastigheten skulle orsaka förlust av styrka, men detta material har utformats med specifik stereokemi som efterliknar naturgummi och gör att dess mekaniska egenskaper kan kontrolleras fint. Detta innebär att eventuell förlust av styrka kan kompenseras genom att göra lämpliga stereokemiska justeringar. Detta är ett betydande framsteg som hittills inte har uppnåtts i något annat nedbrytbart biomaterial.

Medförfattare till studien Professor Andrew Dove förklarar:"Biologiska vävnader är komplexa med varierande elastiska egenskaper. Ansträngningar att producera syntetiska ersättningar som har rätt fysiska egenskaper och som också kan brytas ned i kroppen har pågått i decennier.

"En del av utmaningen är att en" one-size-fits-all "metod inte fungerar. Vår forskning öppnar möjligheten att konstruera biologiska implantat med egenskaper som kan finjusteras för varje specifik applikation."

Professor Matthew Becker, som har dubbla möten inom kemi och maskinteknik och materialvetenskap vid Duke, noterar att biomaterialen och regenerativa medicinska samhällen har varit kraftigt begränsade till några få material som saknar mångfalden av egenskaper som rapporterats i denna studie. "De material vi har utvecklat ger ett verkligt framsteg i det pågående sökandet efter nya biomaterial. Materialets avstämningsbara natur gör det lämpligt för en rad olika applikationer, från ersättningsben till kärlstenter till bärbar elektronik. Ytterligare arbete för att bevisa materialets biokompatibilitet och dess användning i mer avancerad demonstration pågår. "