Botregeneratie is een complex proces, en bestaande methoden om regeneratie te bevorderen, waaronder transplantaties en overdracht van groeifactoren, worden geconfronteerd met beperkingen zoals de hoge kosten. Maar onlangs is er een piëzo-elektrisch materiaal ontwikkeld dat de groei van botweefsel kan bevorderen.

Een KAIST-onderzoeksteam onder leiding van professor Seungbum Hong van het Department of Materials Science and Engineering (DMSE) heeft een biomimetische scaffold ontwikkeld die elektrische signalen genereert bij het uitoefenen van druk door gebruik te maken van het unieke osteogene vermogen van hydroxyapatiet (HAp). HAP is een basisch calciumfosfaatmateriaal dat voorkomt in botten en tanden. Het is ook bekend dat deze biocompatibele minerale stof tandbederf voorkomt en wordt vaak gebruikt in tandpasta.

Dit onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met een team onder leiding van professor Jangho Kim van de afdeling Convergence Biosystems Engineering van de Chonnam National University. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift ACS Applied Materials &Interfaces .

Eerdere onderzoeken naar piëzo-elektrische scaffolds bevestigden de effecten van piëzo-elektriciteit op het bevorderen van botregeneratie en het verbeteren van botfusie in verschillende op polymeer gebaseerde materialen, maar waren beperkt in het simuleren van de complexe cellulaire omgeving die nodig is voor optimale regeneratie van botweefsel. Dit onderzoek suggereert echter een nieuwe methode om de unieke osteogene eigenschappen van HAP te gebruiken om een ​​materiaal te ontwikkelen dat de omgeving voor botweefsel in een levend lichaam nabootst.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een productieproces dat HAp combineert met een polymeerfilm. Het flexibele en vrijstaande skelet dat door dit proces werd ontwikkeld, demonstreerde zijn opmerkelijke potentieel voor het bevorderen van botregeneratie door middel van in-vitro- en in-vivo-experimenten bij ratten.

Het team identificeerde ook de principes van botregeneratie waarop hun scaffold is gebaseerd. Met behulp van atomaire krachtmicroscopie (AFM) analyseerden ze de elektrische eigenschappen van het schavot en evalueerden ze de gedetailleerde oppervlakte-eigenschappen gerelateerd aan de celvorm en de vorming van celskeleteiwitten. Ze onderzochten ook de effecten van piëzo-elektriciteit en oppervlakte-eigenschappen op de expressie van groeifactoren.

Professor Hong van KAIST's DMSE zei:"We hebben een op HAp gebaseerd piëzo-elektrisch composietmateriaal ontwikkeld dat kan werken als een 'botverband' door zijn vermogen om de botregeneratie te versnellen." Hij voegde eraan toe:"Dit onderzoek suggereert niet alleen een nieuwe richting voor het ontwerpen van biomaterialen, maar is ook belangrijk omdat het de effecten van piëzo-elektriciteit en oppervlakte-eigenschappen op botregeneratie heeft onderzocht."

Meer informatie: Soyun Joo et al., Piëzo-elektrisch en topografisch ontworpen steigers voor het versnellen van botregeneratie, Toegepaste ACS-materialen en interfaces (2024). DOI:10.1021/acsami.3c12575

Journaalinformatie: Toegepaste materialen en interfaces van ACS

Aangeboden door het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)