Het genezen van gebroken botten kan gemakkelijker worden met een apparaat dat zowel een steiger biedt voor het bot om op te groeien als elektrische stimulatie om het naar voren te duwen, UConn-ingenieurs rapporteerden op 27 juni in het Journal of Nano-energie .

Hoewel kleine botbreuken meestal vanzelf genezen, grote fracturen met verbrijzelde of ontbrekende stukjes bot zijn moeilijker te repareren. Het toepassen van een klein elektrisch veld op de plaats van de breuk om het natuurlijke elektrische veld van het lichaam na te bootsen, helpt de cellen te regenereren. Maar de medische apparaten die dit doen zijn meestal omvangrijk, vertrouwen op elektrische draden of giftige batterijen, invasieve verwijderingschirurgie vereisen, en kan niet veel doen voor ernstige verwondingen.

Nutsvoorzieningen, een groep biomedische ingenieurs van UConn heeft een scaffold van niet-toxisch polymeer ontwikkeld dat ook een controleerbaar elektrisch veld genereert om botgroei te stimuleren. De steiger helpt het lichaam grote breuken te overbruggen. Hoewel veel wetenschappers het gebruik van steigers onderzoeken om botgroei te stimuleren, het koppelen met elektrische stimulatie is nieuw.

Het team demonstreerde het apparaat bij muizen met schedelbreuken.

De elektrische spanning die de steiger genereert is erg klein, slechts een paar millivolt. En uniek voor dit type apparaat, de spanning wordt gegenereerd via op afstand bestuurbare ultrasone golven. Het ultrageluid laat de polymeersteiger trillen, die vervolgens een elektrisch veld creëert (materialen die elektriciteit opwekken uit trillingen, of vice versa, worden piëzo-elektrisch genoemd.) Om een ​​dijfractuur te helpen genezen, bijvoorbeeld, de polymeersteiger kan over het gebroken bot worden geïmplanteerd. Later, de persoon met het gebroken bot kan het ultrasone staafje zelf over zijn eigen dijbeen zwaaien. Geen batterijen nodig, en geen noodzaak voor invasieve verwijderingschirurgie zodra het bot is genezen.

"Het elektrische veld heeft betrekking op het natuurlijke signaal dat door je lichaam wordt gegenereerd op de plaats van de verwonding. We kunnen die spanning aanhouden, op aanvraag en omkeerbaar, " voor hoe lang het ook nodig is met behulp van echografie, zegt UConn biomedisch ingenieur Thanh Nguyen. Het piëzo-elektrische polymeer dat Nguyen en zijn collega's gebruiken om de steiger te bouwen, wordt poly (L-melkzuur) genoemd. of PLLA. Behalve dat het niet-toxisch en piëzo-elektrisch is, PLLA lost in de loop van de tijd geleidelijk op in het lichaam, verdwijnen als het nieuwe bot groeit.

"Het elektrische veld dat wordt gecreëerd door de piëzo-elektrische PLLA-steiger lijkt botcellen naar de plaats van de breuk te trekken en stamcellen te stimuleren om te evolueren naar botcellen. Deze technologie kan mogelijk worden gecombineerd met andere factoren om de regeneratie van andere weefsels te vergemakkelijken, zoals kraakbeen, spieren of zenuwen, " zegt Ritopa Das, een afgestudeerde student in de Nguyen-groep en de eerste auteur van het gepubliceerde artikel.

Momenteel werken Nguyen en zijn collega's om het polymeer gunstiger te maken voor botgroei, zodat het een grote breuk sneller geneest. Ze proberen ook te begrijpen waarom elektrische velden de botgroei überhaupt stimuleren. Bot zelf is enigszins piëzo-elektrisch, het genereren van een oppervlaktelading wanneer het bot wordt gestrest door dagelijkse activiteiten. Die oppervlaktelading stimuleert meer bot om te groeien. Maar wetenschappers weten niet of het komt omdat het de cellen helpt aan het oppervlak van het bot te blijven plakken. of dat het de cellen zelf actiever maakt.

"Zodra we het mechanisme begrijpen, we een betere manier kunnen bedenken om het materiaal en de hele benadering van weefselstimulatie te verbeteren, ' zegt Nguyen.