Att läka brutna ben kan bli lättare med en enhet som ger både en ställning för benet att växa på och elektrisk stimulering för att tvinga det framåt, UConn -ingenjörer rapporterade den 27 juni i Journal of Nano Energy .

Även om mindre benbrott vanligtvis läker av sig själva, stora frakturer med krossade eller saknade benbitar är svårare att reparera. Att applicera ett litet elektriskt fält på platsen för frakturen för att efterlikna kroppens naturliga elektriska fält hjälper cellerna att regenerera. Men de medicintekniska produkter som gör detta är vanligtvis skrymmande, lita på elektriska ledningar eller giftiga batterier, kräver invasiv borttagningskirurgi, och kan inte göra mycket för allvarliga skador.

Nu, en grupp biomedicinska ingenjörer från UConn har utvecklat ett ställning av giftfri polymer som också genererar ett kontrollerbart elektriskt fält för att uppmuntra bentillväxt. Ställningen hjälper kroppen att överbrygga stora frakturer. Även om många forskare undersöker användningen av byggnadsställningar för att uppmuntra bentillväxt, para det med elektrisk stimulering är nytt.

Teamet demonstrerade enheten hos möss med skallefrakturer.

Den elektriska spänningen som ställningen genererar är mycket liten, bara några millivolt. Och unikt för den här typen av enheter, spänningen genereras via fjärrstyrt ultraljud. Ultraljudet vibrerar polymerställningen, som sedan skapar ett elektriskt fält (material som skapar elektricitet från vibrationer, eller tvärtom, kallas piezoelektriska.) För att läka en lårfraktur, till exempel, polymerställningen kan implanteras över det brutna benet. Senare, personen med det brutna benet kan själv vifta med ultraljudsstaven över sitt eget lår. Inget behov av batterier, och inget behov av invasiv avlägsnande kirurgi när benet är läkt.

"Det elektriska fältet hänför sig till den naturliga signalen som genereras av din kropp vid skadeplatsen. Vi kan upprätthålla den spänningen, på begäran och reversibel, "hur länge som helst behövs med ultraljud, säger UConn biomedicinska ingenjör Thanh Nguyen. Den piezoelektriska polymeren Nguyen och hans kollegor använder för att bygga ställningen kallas poly (L-mjölksyra), eller PLLA. Förutom att vara giftfri och piezoelektrisk, PLLA löser sig gradvis i kroppen med tiden, försvinner när det nya benet växer.

"Det elektriska fältet som skapas av den piezoelektriska PLLA -ställningen verkar locka benceller till platsen för frakturen och främja stamceller att utvecklas till benceller. Denna teknik kan möjligen kombineras med andra faktorer för att underlätta regenerering av andra vävnader, som brosk, muskler eller nerver, "säger Ritopa Das, en doktorand i Nguyen -gruppen och den första författaren till den publicerade uppsatsen.

För närvarande arbetar Nguyen och hans kollegor för att göra polymeren mer gynnsam för bentillväxt, så att det läker en stor fraktur snabbare. De försöker också förstå varför elektriska fält alls uppmuntrar till bentillväxt. Benet i sig är något piezoelektriskt, genererar en ytladdning när benet stressas av vardagliga aktiviteter. Den ytladdningen uppmuntrar mer ben att växa. Men forskare vet inte om det är för att det hjälper cellerna att hålla fast vid ytan av benet, eller om det gör cellerna själva mer aktiva.

"När vi väl förstår mekanismen, vi kan komma på ett bättre sätt att förbättra materialet och hela tillvägagångssättet för vävnadsstimulering, "Säger Nguyen.