Murdoch -universitetets nanotekniska forskare har framgångsrikt konstruerat syntetiska material som uppmuntrade benbildning hos får.

Framgången innebär att den framgångsrika användningen av syntetiska material i bentransplantat för mänskliga patienter är ett steg närmare. Materialet kan också ha potentiella framtida tillämpningar inom frakturreparation och rekonstruktiv kirurgi.

För närvarande patientens eget ben, donerade ben eller konstgjorda material används för bentransplantat, men begränsningar med alla dessa alternativ har fått forskare att undersöka hur syntetiska material kan förbättras.

Dr Eddy Poinern och hans team från Murdoch Applied Nanotechnology Research Group arbetade med pulverform av biokeramisk hydroxyapatit (HAP) för att bilda pellets med en svampliknande struktur som sedan framgångsrikt implanterades bakom axlarna på fyra får av medarbetare från skolan of Veterinary and Life Sciences vid Murdoch University.

HAP används redan i ett antal biomedicinska tillämpningar såsom benförstärkning inom tandvården på grund av dess likhet med den oorganiska mineralkomponenten i mänskligt ben. Men behandlingar av HAP så att det framgångsrikt kan användas i ett bentransplantat har ännu inte utvecklats på grund av komplexiteten som är involverad med kompatibilitet och HAP:s lastbärande begränsningar.

Dr Poinern och hans team förberedde pellets med varierande densitet och porositet med en mängd olika kemiska metoder inklusive sintring, ultraljud och mikrovågor. Fyra pellets implanterades i musklerna i vart och ett av fåren, senare visar god biokompatibilitet, inklusive blandad cellkolonisering efter fyra veckor och till och med ny benbildning 12 veckor efter operationen.

"Att använda syntetiska material på detta sätt är svårt och komplicerat eftersom de måste konstrueras för att vara porösa och replikera de olika fysiska, kemiska och mekaniska egenskaper som finns i naturlig benvävnad, " förklarade Dr Poinern.

"De måste också vara icke-toxiska och ha en nedbrytningshastighet som gör det möjligt för celler från värden att stadigt rekolonisera området och tillåta bildandet av blodkärl som är nödvändiga för leverans av näringsämnen till de bildade benvävnaderna.

"Vi visste redan att syntetiskt HAP var ett bra material att studera för eventuell användning inom benrelaterad medicin, men vi behövde ta reda på om de pellets vi hade konstruerat var biokompatibla.

"Våra resultat var mycket positiva – våra pellets fungerade som en ställning för tillväxten av benmaterial, möjlig på grund av dess porösa egenskaper som tillåter celler att infiltrera.

"Pelleten var också mycket kostnadseffektiv att göra."

Även om studien var småskalig och ursprungligen avsedd att testa biokompatibiliteten hos HAP-pellets, bentillväxten var utöver vad det tvärvetenskapliga teamet förväntade sig.

Docent Martin Cake, som kirurgiskt implanterade pelletsen i fåren, beskrev resultaten som "häpnadsväckande" och sa att de bådade gott för användningen av konstruerad HAP i benimplantat.

"Detta material börjar som ett pulver som teoretiskt kan formas till vilken form som helst, eller kanske en dag till och med 3D -tryckt, sedan sintrat för att härda det, " han sa.

Docent Phil Nicholls, som genomförde patologin i studien tillade:"Det är tidiga dagar men vi hoppas att detta arbete kommer att bidra till att utveckla ytterligare samarbeten både mellan våra egna skolor, och med andra institutioner.

"Det är ett exempel på varför vi tror att det framväxande hälsocampuset kring det nya Fiona Stanley-sjukhuset kommer att bli en riktig katalysator för translationell forskning. Det finns få andra platser där denna kombination av kapacitet finns på ett område."

Dr Poinern sa att han hoppades förbättra och matcha de fysiska och mekaniska egenskaperna hos pelletsen med de hos naturlig benvävnad i en ny studie.

"När dessa egenskaper har uppnåtts, ytterligare implantationsstudier kommer att utföras för att fastställa genomförbarheten av att använda denna ställning för bentransplantat, " han sa.

Dr Poinern et al:s artikel om forskningen publicerades i Nature's Vetenskapliga rapporter tidning.

Implantationsstudien utfördes på icke dräktiga merinotackor med godkännande av Murdoch Universitys djuretiska kommitté och alla experiment utfördes i enlighet med Australian National Health and Medical Research Councils (NHMRC) uppförandekod för vård och användning av djur för vetenskapliga syften.

I enlighet med de etiska principerna i koden, fåren användes samtidigt i ett icke-relaterat försök som involverade operation av kvävlederna.

Efter att pelleten togs bort, fåren avlivades humant.