Onderzoekers in het VK en de Verenigde Staten zijn erin geslaagd een nieuw thermoplastisch biomateriaal te 'finetunen' om zowel de snelheid waarmee het in het lichaam afbreekt als de mechanische eigenschappen ervan onafhankelijk te kunnen regelen.

Het materiaal, een soort polyester, is ontworpen voor gebruik bij het herstel van zacht weefsel of flexibele bio-elektronica door een team van de Universiteit van Birmingham in het VK en Duke University in de VS.

Materialen die met succes de noodzakelijke elasticiteit en sterkte van biologische weefsels nabootsen, maar die ook biologisch afbreekbaar zijn over een geschikte tijdschaal, zijn buitengewoon moeilijk te construeren. Dit komt omdat de chemie die wordt gebruikt om de mechanische eigenschappen van een materiaal te produceren, doorgaans ook de snelheid bepaalt waarmee het degradeert.

In een nieuw voorschot, het team heeft nu laten zien hoe de toevoeging van barnsteenzuur - een product dat van nature in het lichaam voorkomt - kan worden gebruikt om de afbraaksnelheid te beheersen.

In een nieuwe studie, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onderzoekers toonden aan hoe het polyester biomateriaal geleidelijk afbreekt over een periode van vier maanden, met gezonde weefsels die in het implantaat groeien en uiteindelijk vervangen. Er werden ook tests bij ratten uitgevoerd om de biocompatibiliteit en veiligheid van het materiaal te bevestigen.

Door de hoeveelheden barnsteenzuur te variëren, kon het team de snelheid regelen waarmee water het materiaal binnendringt en daarmee de afbraaksnelheid. Gebruikelijk, de structurele veranderingen die de degradatiesnelheid verhogen, zouden een verlies aan kracht veroorzaken, maar dit materiaal is ontworpen met specifieke stereochemie die natuurlijk rubber nabootst en waardoor de mechanische eigenschappen nauwkeurig kunnen worden gecontroleerd. Dit betekent dat elk verlies aan kracht kan worden gecompenseerd door geschikte stereochemische aanpassingen te maken. Dit is een belangrijke vooruitgang die tot nu toe niet is bereikt in enig ander afbreekbaar biomateriaal.

Co-auteur van de studie, professor Andrew Dove, legt uit:"Biologische weefsels zijn complex met variërende elastische eigenschappen. Pogingen om synthetische vervangingen te produceren die de juiste fysieke kenmerken hebben en die ook in het lichaam kunnen worden afgebroken, zijn al tientallen jaren aan de gang.

"Een deel van de uitdaging is dat een 'one-size-fits-all'-benadering niet werkt. Ons onderzoek opent de mogelijkheid om biologische implantaten te construeren met eigenschappen die kunnen worden afgestemd op elke specifieke toepassing."

Professor Matthew Becker, die dubbele aanstellingen heeft in scheikunde en werktuigbouwkunde en materiaalkunde bij Duke, merkt op dat de gemeenschappen van biomaterialen en regeneratieve geneeskunde ernstig beperkt zijn tot een paar materialen die de diversiteit aan eigenschappen missen die in deze studie worden vermeld. "De materialen die we hebben ontwikkeld, bieden een echte vooruitgang in de voortdurende zoektocht naar nieuwe biomaterialen. De afstembare aard van het materiaal maakt het geschikt voor een reeks verschillende toepassingen, van vervangend bot tot vasculaire stents tot draagbare elektronica. Aanvullend werk om de biocompatibiliteit van het materiaal en het gebruik ervan in meer geavanceerde demonstraties te bewijzen, is aan de gang."