Het produceren van biomaterialen die overeenkomen met de prestaties van kraakbeen en pezen was een ongrijpbaar doel voor wetenschappers, maar een nieuw materiaal dat bij Cornell is gemaakt, demonstreert een veelbelovende nieuwe benadering om natuurlijk weefsel na te bootsen.

De resultaten zijn op 8 juli gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences en een nieuwe strategie bieden voor het synthetiseren van klinische oplossingen voor beschadigd weefsel.

Weefsel moet zacht genoeg zijn om te buigen en te buigen, maar duurzaam genoeg om langdurige belasting te weerstaan, bijvoorbeeld het gewicht dat een kniepees moet dragen. Wanneer weefsel verslijt of beschadigd is, hebben collageenhydrogels en synthetische materialen het potentieel om als vervanging te dienen, maar geen van beide beschikt alleen over de juiste combinatie van biologische en mechanische eigenschappen van natuurlijk weefsel.

Nu hebben onderzoekers van Cornell een biohybride composietmateriaal ontwikkeld met de essentiële kenmerken van natuurlijk weefsel. Het materiaal bestaat uit twee hoofdingrediënten:collageen - dat het materiaal zijn zachtheid en biocompatibiliteit geeft - en een synthetische zwitterionische hydrogel, die positief en negatief geladen moleculaire groepen bevat.

"Deze ladingsgroepen interageren met de negatief en positief geladen groepen in het collageen, en deze interactie zorgt ervoor dat de materialen energie kunnen afvoeren en een hoge mate van taaiheid bereiken", zegt Lawrence Bonassar, de Daljit S. en Elaine Sarkaria Professor in Biomedical Engineering. in het College of Engineering en co-hoofdauteur van de studie.

De biohybride composiet benadert de prestaties van gewrichtskraakbeen en andere biologische weefsels, met 40% meer elasticiteit en 11 keer de breukenergie - een maat voor duurzaamheid - van het zwitterionische materiaal zelf.

Nikolaos Bouklas, assistent-professor aan de Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering en mede-hoofdauteur van de studie, zei dat de biocompatibiliteit van het materiaal betekent dat het cellen kan rekruteren en ze in leven kan houden.

"Uiteindelijk willen we iets creëren voor doeleinden van regeneratieve geneeskunde, zoals een stuk steiger dat enkele initiële belastingen kan weerstaan ​​​​totdat het weefsel volledig regenereert," zei Bouklas. "Met dit materiaal zou je een poreuze scaffold kunnen 3D printen met cellen die uiteindelijk het eigenlijke weefsel rond de scaffold zouden kunnen creëren."

Bovendien assembleert het biohybride materiaal zichzelf zodra de twee ingrediënten zijn gemengd, zei Bouklas, waardoor "hetzelfde onderling verbonden netwerk van collageen wordt gecreëerd dat wordt gezien in natuurlijk kraakbeen, dat anders extreem moeilijk te produceren zou zijn."

Het onderzoek bracht vier onderzoekslabs van drie verschillende afdelingen samen. Het collageen dat in de biohybride composiet werd gebruikt, was al in ontwikkeling in het laboratorium van Bonassar, terwijl de zwitterionische hydrogel werd ontwikkeld door de co-auteurs van de studie, Robert Shepherd, universitair hoofddocent aan de Sibley School, en Emmanuel Giannelis, de Walter R. Read Professor of Engineering bij de afdeling Materials Science and Engineering.

De auteurs van het onderzoek blijven het materiaal en de moleculaire processen achter de synthese ervan onderzoeken. Bonassar zei dat het materiaal zeer geschikt is voor het type bioprinting dat in zijn laboratorium is gepionierd, en de auteurs zijn begonnen te experimenteren met het gebruik ervan als 3D-printmateriaal. + Verder verkennen

Kunstkraakbeen onder spanning zo sterk als natuurlijk materiaal