In recente jaren, onderzoekers hebben gewerkt aan het ontwikkelen van flexibelere, functionele protheses voor soldaten die terugkeren van slagvelden in Afghanistan of Irak met ontbrekende armen of benen. Maar zelfs nieuwe protheses hebben moeite om te voorkomen dat bacteriën het lichaam binnendringen via de ruimte waar het apparaat is geïmplanteerd.

"Je moet (het gebied) sluiten waar de bacteriën het lichaam zouden binnenkomen, en daar zit de huid, " zei Thomas Webster, universitair hoofddocent techniek en orthopedie aan de Brown University.

Webster en een team van onderzoekers van Brown zijn mogelijk de juiste formule tegengekomen om bacteriële migranten af ​​te schrikken. De groep rapporteert twee manieren waarop het het oppervlak van titanium beenimplantaten heeft gewijzigd om de groei van huidcellen te bevorderen, waardoor een natuurlijke huidlaag wordt gecreëerd en de opening wordt afgesloten waar het apparaat in het lichaam is geïmplanteerd. De onderzoekers creëerden ook een moleculaire ketting om huidgroeiende eiwitten op het implantaat te strooien om de huidgroei te versnellen.

De bevindingen zijn gepubliceerd in de Journal of Biomedical Materials Research A.

De onderzoekers, waaronder Melanie Zile, een student van de Boston University die in het laboratorium van Webster werkte als onderdeel van Brown's Undergraduate Teaching and Research Awards-programma, en Sabrina Puckett, die afgelopen mei haar ingenieursdiploma behaalde, creëerde twee verschillende oppervlakken op nanoschaal, afmetingen kleiner dan een miljardste van een meter.

Bij de eerste benadering de wetenschappers vuurden een elektronenstraal van titaniumcoating af op het abutment (het stuk van het implantaat dat in het bot wordt ingebracht), het creëren van een landschap van terpen van 20 nanometer. Die heuvels imiteren de contouren van de natuurlijke huid en verleiden huidcellen om het oppervlak te koloniseren en extra keratinocyten te laten groeien. of huidcellen.

Webster kende zo'n oppervlak, op nanoschaal geruwd, werkte voor het teruggroeien van botcellen en kraakbeencellen, maar hij wist niet zeker of het succesvol zou zijn bij het kweken van huidcellen. Dit is misschien de eerste keer dat een nano-oppervlak dat op deze manier op titanium is gemaakt, huidcellen aantrekt.

De tweede benadering, anodisatie genoemd, omvatte het onderdompelen van het abutment in fluorwaterstofzuur en het een schok van elektrische stroom te geven. Dit zorgt ervoor dat de titaniumatomen op het oppervlak van het abutment rondscharrelen en zich verzamelen als hol, buisvormige structuren die loodrecht oprijzen vanaf het oppervlak van het abutment. Net als bij de nanomounds, huidcellen koloniseren snel het nanotubulaire oppervlak.

In laboratorium (in vitro) tests, de onderzoekers rapporteren bijna een verdubbeling van de huidceldichtheid op het implantaatoppervlak; binnen vijf dagen, de dichtheid van de keratinocyten bereikte het punt waarop een ondoordringbare huidlaag was ontstaan ​​die het abutment en het lichaam overbrugde.

"Je hebt zeker een volledige huidlaag, " zei Webster. "Er is geen opening meer voor de bacteriën om door te gaan."

Om de groei van huidcellen rond het implantaat verder te bevorderen, Webster's team keek naar FGF-2, een eiwit dat door de huid wordt uitgescheiden om andere huidcellen te helpen groeien. Gewoon het abutment met de eiwitten insmeren werkt niet, omdat FGF-2 zijn effect verliest wanneer het wordt geabsorbeerd door het titanium. Dus bedachten de onderzoekers een synthetische moleculaire keten om FGF-2 aan het titaniumoppervlak te binden, terwijl het huidcelgroeivermogen van het eiwit behouden blijft. Niet verrassend, in vitro-tests toonden de grootste dichtheid van huidcellen op abutment-oppervlakken met behulp van de nanogemodificeerde oppervlakken en doorspekt met FGF-2. Bovendien, de nanogemodificeerde oppervlakken creëren meer oppervlakte voor FGF-2-eiwitten dan beschikbaar zou zijn op traditionele implantaten.

De volgende stap is het uitvoeren van in vivo studies; als ze succesvol zijn, menselijke proeven kunnen beginnen, hoewel Webster zei dat dat nog jaren zou kunnen duren.