Een bioactieve polymeer-keramische composiet voor het fixeren van implantaten en het herstellen van botdefecten in de schedel is ontwikkeld door een internationale groep materiaalwetenschappers van het NUST MISIS Center for Composite Materials. Een innovatieve samenstelling van het materiaal op basis van uit eierschalen afgeleid biokeramiek zorgt voor verhoogde sterkte en bio-integratie van implantaten. De resultaten van het werk zijn gepubliceerd in het internationale wetenschappelijke tijdschrift Journal of Asian Ceramic Societies .

Polymethylmethacrylaat (PMMA) is een synthetisch polymeer dat door chirurgen wordt gebruikt als 'botcement' vanwege zijn zelfuithardende en sterkte-eigenschappen. Maar dit materiaal is van nature bioinert, daarom heeft het een zwakke chemische en biologische interactie met levende weefsels en integreert het nauwelijks met botten.

Wetenschappers doen actief onderzoek naar PMMA om het te 'optimaliseren' voor bredere toepassing in verschillende biomedische gebieden, bijvoorbeeld, zorgen voor een betrouwbare fixatie van kunstmatige gewrichten/implantaten, tandheelkundige fixators, sluiting van craniale defecten bij verschillende verwondingen, enzovoort.

Het team van het NUST MISIS Center for Composite Materials heeft dit probleem opgelost door polymethylmethacrylaat te modificeren, diopside toevoegen, een materiaal uit de categorie silicaatbiokeramiek. Het staat bekend om eigenschappen als gebrek aan toxiciteit voor levende cellen, biologische afbreekbaarheid en het vermogen om osteogenese te stimuleren - de vorming van botweefsel op het oppervlak.

"Eierschalen hebben gezondheidsvoordelen zoals botmineralisatie en groei, behandeling van osteoporose, en worden daarom gebruikt als bottransplantaat. We hebben een kosteneffectieve benadering aangenomen voor het recyclen van bioafval om de kwaliteit van leven van patiënten met botziekte te verbeteren. Voor de productie van composieten, diopside verkregen uit eierschalen werd gebruikt, " zegt Inna Bulygina, co-auteur van de studie, iPhD-student in Biomaterial Science aan NUST MISIS.

De ontwikkelaars stelden voor om het materiaal te optimaliseren door bioactieve keramiek toe te voegen aan de PMMA-polymeermatrix.
"Als resultaat, we hebben een poreus composiet PMMA / diopside-materiaal, die werd geproduceerd door de oplosmiddelgietmethode. Tijdens de experimenten, we hebben verschillende hoeveelheden diopside geprobeerd - 25%, 50% en 75%, " voegde Rajan Choudhary toe, een van de auteurs van de ontwikkeling, Postdoc bij NUST MISIS.

Volgens de wetenschapper het is bekend dat het proces van botvorming en -resorptie door verschillende middelen wordt gereguleerd, inclusief groeifactoren, eiwitten en hormonen. Tegelijkertijd, verschillende ionen, zoals fosfor, calcium, strontium, magnesium en siliciumdioxide, zijn betrokken bij de regeneratie, mineralisatie en metabolisme van botten, en het zijn deze elementen die zorgen voor de introductie van diopside in de composiet.

"De monsters die 50% diopside bevatten, hebben het beste resultaat laten zien - ze hebben een 4-voudige toename van de druksterkte laten zien, en na 4 weken van in vitro testen hebben ze een goed vermogen aangetoond om botmineralen op hun oppervlak af te zetten. Tegelijkertijd, we hebben ontdekt dat de mechanische eigenschappen van de verkregen poreuze composieten overeenkomen met de eigenschappen van het sponsachtige bot van het menselijk lichaam, ", voegde Rajan Choudhary eraan toe.

Volgens wetenschappers, afval van de landbouw- en voedingsindustrie kan worden gebruikt voor de industriële productie van chirurgisch materiaal. Echter, verzameling, reiniging en recycling vereisen gescheiden afvalinzameling.

Momenteel, de ontwikkelaars voltooien een reeks laboratoriumtests van de verkregen monsters.