Forskare vid ETH Zurich har uppfunnit ett hydrogelimplantat som efterliknar kroppens naturliga benläkningsprocess. Materialet, som huvudsakligen består av vatten, kan formas exakt med laser för att skapa detaljerade strukturer som liknar benvävnad. Denna innovation syftar till att erbjuda ett bättre alternativ till traditionella transplantat och metallimplantat.
När ben drabbas av allvarliga frakturer eller kräver borttagning av tumörer använder kirurger vanligtvis autogrefter från patientens egen kropp eller styva metall- och keramimplantat. Autogrefter kräver extra kirurgi, vilket förlänger återhämtningstiden och riskerna, medan metallimplantat, som är styvare än naturligt ben, kan lossna över tid. För att lösa dessa problem har Xiao-Hua Qin, professor i biomaterialteknik vid ETH Zurich, och hans team, inklusive ETH-professorn Ralph Müller, utvecklat en hydrogel som integrerar biologi i reparationsprocessen. „För en korrekt läkning är det viktigt att biologi inkluderas i reparationsprocessen“, uppgav Qin. Hydrogelen, som är 97 procent vatten och 3 procent biokompatibel polymer, replikerar den initiala mjuka, permeabla fasen i benläkningen efter en skada. Den bildar en temporär ställning liknande hematomet som tillåter immunceller och reparationsceller att tränga in och leverera näringsämnen, för att så småningom förvandlas till fast ben. Två specialiserade molekyler möjliggör kontrollen: en länkar polymer kedjorna och den andra härdar materialet vid exponering för ljus. Wanwan Qiu, en tidigare doktorand, utformade länkmolekylen och konstaterade: „Den möjliggör snabb strukturerings av hydrogeler i sub-mikrometerområdet.“ Med hjälp av laserpulser trycker teamet ut strukturer så fina som 500 nanometer i hastigheter upp till 400 millimeter per sekund – ett världsrekord. De har återskapat benets trabekulära galler och nanostora tunnlar, där ett tärningsstort ben innefattar 74 kilometer av sådana kanaler. Laboratorietester visar biokompatibilitet, eftersom benbildande celler lätt infiltrerar hydrogelen och producerar kollagen. Basmaterialet är patenterat och forskarna planerar djurstudier tillsammans med AO Research Institute Davos för att utvärdera prestandan in vivo. Arbetet publiceras i Advanced Materials.
