Wir halten Eierschalen für zerbrechlich. Diese dünnen, leicht zerbrechlichen Schalen können jedoch der Schlüssel zur Herstellung besserer, stärkerer Knochentransplantate für den Menschen sein.
Forscher der University of Massachusetts Lowell (UML) haben eine Methode entwickelt, mit der mikroskopisch kleine Partikel pulverisierter Eierschalen beim Wachstum neuer Knochen helfen. Da Eierschalen hauptsächlich aus Kalziumkarbonat bestehen, einem Material, das wir bereits in unseren Knochen haben, hoffen die Forscher, dass es vom Körper leichter akzeptiert wird. Das Material könnte eines Tages zur Reparatur von Knochen verwendet werden, die von Unfällen, Geburtsfehlern oder Krankheiten betroffen sind.
„Es besteht ein großer Bedarf an der Entwicklung neuer und funktioneller Materialien zur Reparatur und Regeneration beschädigter Knochen“, sagt Gulden Camci-Unal, Professor für Chemieingenieurwesen an der UML, der die Forschung leitete. „In unserem Labor verfolgen wir gerne unkonventionelle Ansätze. Wir schauen uns die Natur an und versuchen zu sehen, was wir nutzen können, was es bereits gibt. “
Jedes Jahr werden weltweit Millionen von Knochentransplantationen durchgeführt. Die für die Transplantate verwendeten Knochenstücke können vom eigenen Körper des Patienten oder von Leichen sowie von verschiedenen Kunststoffen stammen. Aber nicht alle Transplantate sind erfolgreich. Manchmal können die Transplantate keine Knochenbildung auslösen, und manchmal werden sie vom Körper abgestoßen.
Das kürzlich in der Zeitschrift Biomaterials Science beschriebene Verfahren von Camci-Unal umfasst die Verwendung von zerkleinerten Eierschalen-Partikeln zur Verstärkung von Hydrogelen - Netzwerken von Polymeren, die große Mengen Wasser aufnehmen und dabei ihre Struktur beibehalten können. An sich sind die Hydrogele weich und matschig; Die Eierschalen stärken sie. Das Material dient dann als 3D-Gerüst für Osteoblasten oder Knochenzellen.
Gulden Camci-Unal, rechts, mit Doktorandin Xinchen Wu (UML) Die Verwendung von Eierschalen war in seiner Einfachheit ansprechend, sagt Camci-Unal. Es ist nichts Synthetisches, das in einem Labor entwickelt werden muss. Es ist leicht verfügbar. Es ist auch in der Regel verschwendet.
„Wir versuchen hier einen einfacheren Ansatz zu verfolgen, der sowohl der Umwelt als auch der biomedizinischen Wissenschaft zugute kommen kann“, sagt sie.
Das Team von Camci-Unal hat mit dem Material im Labor Erfolge erzielt. Es wurde noch nicht an Tieren oder Menschen getestet. Der nächste Schritt wird darin bestehen, Ärzte zu befragen, um die Bedürfnisse der Patienten zu verstehen. Das Team hat ein Patent für das Material angemeldet und untersucht es weiter, indem es weitere Tests im Mikro- und Nanomaßstab durchführt, um besser zu verstehen, wie es funktioniert.
"Wir versuchen im Grunde zu verstehen, welche Eigenschaften wir besser verbessern sollten, damit das Material für den Menschen hilfreich ist", sagt Camci-Unal.
Brian Amsden, Professor für Biomedizintechnik an der Queens University in Ontario, sagte, er habe Forscher gesehen, die versuchten, synthetischen Knochen aus verschiedenen Materialien herzustellen, aber niemals aus Eierschalen. Es gibt synthetische Transplantate, die unter anderem auf Calciumsulfat, Rinderkollagen und sogar Korallen basieren.
"Dies ist in dieser Hinsicht besonders innovativ", sagt er und fügt hinzu, dass Eierschalen billig und leicht verfügbar sind und möglicherweise die menschliche Knochenzusammensetzung besser imitieren als nicht-biologische Materialien.
Laut Amsden besteht ein großer Bedarf an synthetischen Knochenersatzmaterialien. Es kann schwierig sein, Kadaverknochen zu finden, und der eigene Knochen eines Patienten muss in einer invasiven Operation entnommen werden. "Sie haben einen Bereich beschädigt, jetzt müssen Sie zwei heilen", fügt er hinzu. Derzeit erhältliche Kunststoffe sind in der Regel schwächer als authentischer Knochen, insbesondere beim Biegen oder Drehen.
Camci-Unal hofft, dass das Material eines Tages mit den eigenen Zellen eines Patienten gemischt und auf ein 3D-Konstrukt aufgetragen werden kann, um zu einem Implantat mit der richtigen Form und Größe zu wachsen. Da das Implantat bereits die Zellen des Patienten enthält, ist es weniger wahrscheinlich, dass es abgestoßen wird. Die Implantate können Knochen reparieren, die durch Autounfälle, Kampf, Altern, Krebs oder eine andere Anzahl von Traumata oder Geburtsfehlern beschädigt wurden. Das Material könnte möglicherweise auch zum Züchten neuer Sehnen, Knorpel und Zähne verwendet werden.
Im Erfolgsfall würde die Erfindung dem Begriff "Gehen auf Eierschalen" mit Sicherheit eine neue Bedeutung verleihen.
