Benregenerering är en komplex process, och befintliga metoder för att underlätta regenerering inklusive transplantationer och tillväxtfaktoröverföringar möter begränsningar som den höga kostnaden. Men nyligen har ett piezoelektriskt material som kan främja tillväxten av benvävnad utvecklats.
Ett KAIST-forskarlag ledd av professor Seungbum Hong från Institutionen för materialvetenskap och teknik (DMSE) har utvecklat en biomimetisk ställning som genererar elektriska signaler vid applicering av tryck genom att utnyttja den unika osteogena förmågan hos hydroxiapatit (HAp). HAp är ett grundläggande kalciumfosfatmaterial som finns i ben och tänder. Denna biokompatibla mineralsubstans är också känd för att förhindra karies och används ofta i tandkräm.
Denna forskning genomfördes i samarbete med ett team ledd av professor Jangho Kim från Institutionen för konvergensbiosystemteknik vid Chonnam National University. Resultaten publiceras i tidskriften ACS Applied Materials &Interfaces .
Tidigare studier på piezoelektriska byggnadsställningar bekräftade effekterna av piezoelektricitet på att främja benregenerering och förbättra benfusion i olika polymerbaserade material, men var begränsade i att simulera den komplexa cellulära miljö som krävs för optimal benvävnadsregenerering. Denna forskning föreslår dock en ny metod för att utnyttja de unika osteogena förmågorna hos HAp för att utveckla ett material som efterliknar miljön för benvävnad i en levande kropp.
Forskargruppen utvecklade en tillverkningsprocess som smälter HAp med en polymerfilm. Den flexibla och fristående ställningen som utvecklats genom denna process visade sin anmärkningsvärda potential för att främja benregenerering genom in vitro och in vivo experiment på råttor.
Teamet identifierade också principerna för benregenerering som deras ställning bygger på. Med hjälp av atomkraftsmikroskopi (AFM) analyserade de de elektriska egenskaperna hos ställningen och utvärderade de detaljerade ytegenskaperna relaterade till cellform och cellskelettproteinbildning. De undersökte också effekterna av piezoelektricitet och ytegenskaper på uttrycket av tillväxtfaktorer.
Professor Hong från KAISTs DMSE sa:"Vi har utvecklat ett HAp-baserat piezoelektriskt kompositmaterial som kan fungera som ett "benförband" genom sin förmåga att påskynda benregenerering." Han tillade, "Denna forskning föreslår inte bara en ny riktning för att designa biomaterial, utan är också betydelsefull för att ha utforskat effekterna av piezoelektricitet och ytegenskaper på benregenerering."
Mer information: Soyun Joo et al, Piezoelektriskt och topografiskt konstruerade ställningar för att accelerera benregenerering, ACS-tillämpade material och gränssnitt (2024). DOI:10.1021/acsami.3c12575
Journalinformation: ACS-tillämpade material och gränssnitt
Tillhandahålls av Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
