Kunstige bein som bruker nanoteknologi

Nanopartikler gjør det mulig å produsere betydelig bedre beinimplantater

11/21/2011

Forskere ved Halle Universitet har utviklet en høyteknologisk prosess som de vil produsere kunstige bein som er bedre akseptert av kroppen enn tidligere beinimplantater. Ved hjelp av nanoteknologi bør de kunstige beinimplantatene ikke bare være mye mer holdbare i fremtiden, men bli anerkjent av organismen som kroppens eget materiale, rapporterer forskerne. Georg Michler.

Boneimplantater brukes allerede relativt ofte i medisin, med ulykker og involvering av kreftvulster blant hovedårsakene til slike tiltak. Som eldre mennesker er mer utsatt for beinfrakturer, påvirker demografiske endringer også behovet for kunstige beinimplantater, ifølge uttalelsen fra femmedlemsforskningsgruppen under ledelse av professor Dr. med. Georg Michler fra Martin Luther University Halle-Wittenberg. Men ifølge forskerne er ulempen med de tidligere brukte beinimplantatene at de bare har en begrenset holdbarhet og behandles som fremmedlegemer av organismen. For å endre dette, dr. Georg Michler og kolleger om bruken av nanopartikler som de vil produsere kunstige beinimplantater som varer mye lenger og ikke lenger er anerkjent av kroppen som utenlandske.

Nanoteknologi for produksjon av kunstige beinimplantater
Til dags dato er kunstige beinimplantater enten laget av kroppens eget bein eller naturlig fremmedlegeme, de førstnevnte er bare begrenset tilgjengelige, og sistnevnte er innkapslet av kroppens eget vev som fremmedlegemer. Forskerne ved Martin Luther University har nå startet en helt ny bane som en del av deres forskning. „Vi bruker polymerer som bærere for benutbyttet, fordi de er relatert til organiske stoffer, og forandrer egenskapene deres ved hjelp av nanopartikler“, sa leder for forskning og leder av Institutt for polymermaterialer ved Universitetet i Halle, Prof. Dr. med. Michler. Så forskerne tok fordel „Nano-kalsiumfosfat keramiske partikler“, å spinne dem med plastfilamenter og lage helt nye kunstige beinimplantater. For jevn fordeling av de små partiklene i plasten har forskerne utviklet en spesiell prosess, hvis patentrettigheter ligger hos Martin-Luther-Universitetet Halle-Wittenberg. Ved å bruke den nye metoden, kan forskere fra plasttrådene og nanopartikler danner en tynn film, og deretter en omtrent åtte til ti centimeter lange sylindriske benimplantat kan kastes ut av. Ved å gjøre det, nanopartikler eller „de keramiske inneslutninger stiver gjengene“, som betydelig øker materialets lastkapasitet, forklarte forskningsdirektør Prof. Dr. med. Michler.

Boneimplantater gjenoppbygges til benstoff
I tillegg til den økte stabiliteten av nanopartikkel-avledede beinimplantater, gir metoden en annen stor fordel, ifølge forskerne. Så stresset Dr. Jörg Brandt, klinisk klinikk og polyklinikk for ortopedi og fysisk medisin i Halle og også medlem av forskningsgruppen: „Fordi nanopartikler i kunstig bein er så ekstremt små, er kroppen i stand til å gjenoppbygge beinimplantatet helt i sin egen benstoff og dermed fullt ut integrere i skjelettstrukturen.“ Materialet er ikke lenger innkapslet som fremmedlegemer. Som en del av laboratorieundersøkelsene har forskerne funnet ut at nanopartikler med ti nanometertykkelse og 50 nanometer i lengden absorberes optimalt av kroppen, mens „noe mindre eller større, forandrer kroppen ikke“ kunne forklarte prof.dr. med. Michler. Hvorfor nanopartikler av den nevnte størrelsen er best godkjent av organismen, er ifølge forskerne også å bli avklart i sammenheng med forskningsprosjektet.

Nanopartikler for beinproduksjon er en svært håpfull tilnærming
Også forskerne fra andre universitet, som forsker i området med beinimplantater, som materialforskeren Dr. med. Roland Dersch fra University of Marburg, bekreftet at metoden til Prof. Dr. med. Michler og kolleger „en veldig håpfull tilnærming“ var. Dr. Dersch og hans team jobber også med mulighetene for nano-basert kunstig bein, om enn med forskjellige utgangsmaterialer. Marburgforskeren understreket det „mye forskning på nanofibre“ men det er ennå ikke oppnådd „å utvikle en kompleks kunstig bein som er akseptert av menneskekroppen.“ Forskerne i forskningsprosjektet på Martin-Luther-Universitetet Halle-Wittenberg synes nå å være på den rette veien. Prof. Dr. med. Michler og kolleger produserer ikke bare de mest holdbare kunstige beinene, men også årsaken til at knoklene bryter i det hele tatt og hvorfor denne risikoen øker med alderen.

Undersøk årsaken til beinfrakturer mer detaljert
Dr. Ifølge Jörg Brandt oppstår rundt 35.000 hoftefrakturer og femorale halsfrakturer i Tyskland hvert år, spesielt med eldre mennesker som lider av slike brudd. Mange forskere og leger er overbevist om dette, „at for eksempel bryter gamle folk lårhalsen i faller.“ Dr. Brandt, derimot, mener at de fleste av de berørte „har allerede brutt lårhalsen og faller som et resultat.“ Her er ytterligere undersøkelser nødvendig for å gå til egenskapene til det naturlige beinmaterialet til bunnen, fordi „Hvis vi kjenner prosessene i det virkelige beinmaterialet, vet vi også hvilke egenskaper beinimplantatene må ha“, sa Dr. Brandt. Ifølge eksperten har ulike vitenskapelige studier vist at benbrudd generelt foregår av mikroskopisk sprekking. I en ung alder kan disse tilsynelatende motvirkes av kroppens selvhelbredende krefter. Med økende alder øker sannsynligheten imidlertid at en brudd oppstår som følge av sprekker, forklarte legen.

Bruk av nye beinimplantater tidligst i åtte til ti år
Dr. Ifølge Brandt er det første indikasjoner på dette, „at ved hjelp av nanopartiklene kan vi gi det kunstige implantatet en plastisk deformasjonsevne“, hva a „forbedret seighet av plasten“ ville bety. I perioden på to år lange forskningsprosjektet (DFG / Bonn) er finansiert med 300.000 euro av den tyske Research Foundation, vil alle aspekter ved produksjon av kunstige bein implantater ved hjelp av nanopartikler nå bli gransket. Forskningsdirektør Prof. Dr. med. Michler understreket at for tiden materiellundersøkelsene løper og „De enkelte komponentene i kunstig bein er allerede testet for kompatibilitet i dyreforsøk“ var. Det neste trinnet vil nå være kliniske forsøk „brukbarheten av kunstig bein, som faktisk er en sammensatt av komponentene, beviser.“, så konklusjonen av Prof. dr. Michler. Imidlertid, selv med stor suksess i de kommende undersøkelsene, kan den vanlige bruken av de nye implantatene forventes tidlig om lag åtte til ti år. (Fp)

Bilde: Rainer Sturm