Konstgjorda ben med nanoteknik

Nanopartiklar möjliggör produktion av signifikant bättre benimplantat

11/21/2011

Forskare vid Halle Universitet har utvecklat en högteknologisk process med vilken de vill producera konstgjorda ben som bättre accepteras av kroppen än tidigare benimplantat. Med hjälp av nanoteknik bör de artificiella benimplantaten inte bara vara mycket mer hållbara i framtiden, men erkännas av organismen som kroppens eget material, rapporterar forskarna. Georg Michler.

Benimplantat används redan relativt ofta i medicin, med olyckor och medverkan av cancer tumörer bland de främsta orsakerna till sådana insatser. Eftersom äldre människor är mer benägna att benfrakturer, påverkar demografiska förändringar också behovet av konstgjorda benimplantat, enligt uttalandet av den femlediga forskargruppen med professor Dr. med. Georg Michler av Martin-Luther University Halle-Wittenberg. Enligt forskarna är nackdelen med de tidigare använda benimplantaten att de bara har en begränsad hållbarhet och behandlas som främmande kroppar av organismen. För att ändra detta, dr. Georg Michler och kollegor om användningen av nanopartiklar med vilka de vill producera konstgjorda benimplantat som håller mycket längre och inte längre erkänns av kroppen som utländska.

Nanoteknik för produktion av artificiella benimplantat
Hittills är konstgjorda benimplantat gjorda antingen från kroppens eget ben eller naturligt främmande ben. De tidigare är endast begränsade och de senare är inkapslade av kroppens egen vävnad som främmande kroppar. Forskarna vid Martin Luther University har nu påbörjat en helt ny väg som en del av sin forskning. „Vi använder polymerer som bärare för benutbytet, eftersom de är relaterade till organiska ämnen och förändrar deras egenskaper med hjälp av nanopartiklar“, sade forskningschefen och ordföranden för Institute of Polymer Materials vid Halle University, Prof. Dr. med. Michler. Så forskarna utnyttjade „Nano-kalciumfosfatkeramikpartiklar“, att snurra dem med plastfilament och göra helt nya artificiella benimplantat. För jämn fördelning av de små partiklarna i plasten har forskarna utvecklat en speciell process, vars patenträttigheter ligger hos Martin Luther-Universitetet Halle-Wittenberg. Med hjälp av den nya metoden kan forskarna använda plastfilamenten och nanopartiklarna för att bilda en tunn folie, från vilken ett cylindriskt benimplantat om åtta till tio centimeter långt kan rullas. Då gör nanopartiklarna eller „de keramiska inneslutningarna stelnar trådarna“, vilket väsentligt ökar materialets belastningskapacitet, förklarade forskningsdirektör Prof. Dr. med. Michler.

Benimplantat är ombyggda till benämne
Förutom den ökade stabiliteten hos nanopartikel-härledda benimplantat erbjuder metoden en annan stor fördel, enligt forskarna. Så stressad Dr. Jörg Brandt, kliniksekreterare och polykliniker för ortopedi och fysisk medicin i Halle och även medlem i forskargruppen: „Eftersom nanopartiklarna i det konstgjorda benet är så extremt små kan kroppen fullständigt återuppbygga benimplantatet i sin egen bensubstans och därigenom fullständigt integrera sig i skelettstrukturen.“ Materialet är inte längre inkapslat som främmande material. Som en del av sina laboratorieundersökningar har forskarna funnit att nanopartikler med tio nanometer tjocklek och 50 nanometer långa absorberas optimalt av kroppen, medan „något som är mindre eller större, omvandlar kroppen inte“ kunde förklarade Prof. Dr. med. Michler. Varför nanopartiklar av den nämnda storleken är bäst accepterade av organismen är enligt forskarna också att klargöras inom ramen för forskningsprojektet.

Nanopartiklar för benproduktion är ett mycket hoppfullt tillvägagångssätt
Även forskarna vid andra universitet, vilka forskar inom området för benimplantat, som materialforskaren Dr. med. Roland Dersch från University of Marburg, bekräftade att metoden för Prof. Dr. med. Michler och kollegor „ett mycket hoppfullt tillvägagångssätt“ var. Dr. Dersch och hans team arbetar också med möjligheterna till nanobaserat konstgjort ben, om än med olika utgångsmaterial. Marburgforskaren betonade det „mycket forskning på nanofibrer“ men det har ännu inte uppnåtts „att utveckla ett komplext konstgjort ben som accepteras av människokroppen.“ Forskarna i forskningsprojektet vid Martin Luther University Halle-Wittenberg verkar dock vara på rätt väg. Prof. Dr. med. Michler och kollegor producerar inte bara de mest hållbara konstgjorda benen, utan också grunden till varför benen bryter sig överallt och varför denna risk ökar med åldern.

Undersök orsaken till benfrakturer mer detaljerat
Dr. Enligt Jörg Brandt förekommer cirka 35 000 höftfrakturer och femorala halsfrakturer i Tyskland varje år, i synnerhet äldre människor som lider av sådana frakturer. Många forskare och läkare är övertygade om detta, „det till exempel, att gamla människor bryter lårhalsen i fallen.“ Dr. Brandt, å andra sidan, tror att de flesta av dem påverkas „har redan brutit lårhalsen och faller som ett resultat.“ Här är ytterligare undersökningar nödvändiga för att gå till egenskaperna hos det naturliga benmaterialet till botten, eftersom „Om vi ​​känner till processerna i det verkliga benmaterialet vet vi också vilka egenskaper benimplantaten måste ha“, sa Dr. Brandt. Enligt experten har olika vetenskapliga studier visat att benfrakturer i allmänhet föregås av mikroskopisk sprickbildning. I en ung ålder kan dessa uppenbarligen motverkas av människokroppens självläkande krafter. Med ökande ålder ökar sannolikheten att en fraktur uppstår som ett resultat av sprickorna, förklarade läkaren.

Användning av nya benimplantat tidigt i åtta till tio år
Dr. Enligt Brandt finns det första indikationer på detta, „att med hjälp av nanopartiklarna kan vi ge det artificiella implantatet en plastisk deformationsförmåga“, vad a „förbättrad seghet i plasten“ skulle betyda. I det tvååriga forskningsprojektet, som (DFG / Bonn) finansieras med 300.000 euro från den tyska Research Foundation, alla aspekter av produktionen av artificiella benimplantat med hjälp av nanopartiklar kommer nu att granskas. Forskningsdirektör Prof. Dr. med. Michler betonade att nuvarande materialutredningarna kör och „De individuella komponenterna i det konstgjorda benet har redan testats för kompatibilitet i djurförsök“ var. Nästa steg kommer nu att bli kliniska prövningar „användbarheten hos det konstgjorda benet, vilket är en komposit av komponenterna, bevisar.“, så avslutningen av professor dr. Michler. Men även med stor framgång i de kommande utredningarna, kan den regelbundna användningen av de nya implantaten förväntas tidigt på cirka åtta till tio år. (Fp)

Bild: Rainer Sturm