I ricercatori dell'Università di Birmingham hanno sviluppato un nuovo modo di produrre materiali sostitutivi dell'osso che consente alle cellule di crescere intorno e al loro interno.

Il team ha adottato un nuovo approccio chiamato chemiobrionica, in cui i componenti chimici sono guidati in modo controllabile a reagire insieme in modi specifici, consentendo l'autoassemblaggio di intricate strutture di ispirazione biologica.

Gli scienziati hanno osservato per la prima volta questi "giardini chimici" realistici diverse centinaia di anni fa, ma il recente rinnovato interesse nel campo della chemiobrionica ha visto i ricercatori utilizzare queste tecniche per progettare nuovi materiali su micro e nanoscala.

I ricercatori di Birmingham hanno deciso di esplorare se la chemiobrionica potesse essere sfruttata anche per applicazioni biotecnologiche.

L'autore principale Erik Hughes, della School of Chemical Engineering dell'Università di Birmingham, spiega "Abbiamo deciso di indagare se la chemiobrionica potesse essere utilizzata per formare architetture chimicamente e strutturalmente simili all'osso umano. Una volta stabilito un metodo per generare tali strutture, il prossimo passo in avanti naturale è valutare se i materiali chemiobrionici possono fornire strutture ideali per la rigenerazione ossea".

Il team ha utilizzato un gel caricato con calcio a strati sotto una soluzione di fosfato, ed è riuscito a far crescere lunghi tubi cavi in ​​microscala di materiale idrossiapatite che è simile nella composizione all'osso naturale. L'idrossiapatite è comunemente usata come materiale sostitutivo osseo, ma è tipicamente prodotto come polvere o come blocco duro, che poi necessita di essere modellato con ulteriori lavorazioni.

Le singole strutture cresciute dal team di Birmingham sono spesse circa quanto una ciocca di capelli umani. Questi tubi possiedono caratteristiche distintive, comprese le superfici porose che promuovono le interazioni con le cellule. Pubblicato in Scienza dei biomateriali RSC , lo studio dimostra la somiglianza dei tubi con molte delle strutture presenti nel tessuto osseo, come gli osteoni, lunghi canali cilindrici nell'osso che ospitano i vasi sanguigni.

"Possiamo trovare molti esempi di principi chemiobrionici all'opera in natura, " spiega Erik. "Ad esempio, sul fondo dell'oceano, vediamo fluidi caldi ricchi di minerali emessi da bocche idrotermali che reagiscono con l'acqua di mare fredda per formare strutture simili a camini. Stiamo sfruttando questi stessi meccanismi per realizzare queste nuove strutture per applicazioni nella medicina rigenerativa".

Il team ha testato la capacità dei tubi di supportare l'attaccamento cellulare, vitalità e crescita in laboratorio utilizzando cellule staminali. Sono stati in grado di mostrare un'ampia diffusione delle cellule sopra e che si estende all'interno dei tubi dopo solo 48 ore, indicando interazioni cellula-materiale favorevoli.

"Utilizzare la chemiobrionica per produrre materiali biocompatibili è un approccio relativamente nuovo, ma siamo davvero entusiasti delle sue potenzialità, " dice la co-autrice Miruna Chipara, che ha anche sede presso la School of Chemical Engineering presso l'Università di Birmingham. "In particolare, il modo in cui queste strutture promuovono l'integrazione cellulare significa che potrebbero essere ampiamente utili per la rigenerazione ossea".

I prossimi passi per i ricercatori includono l'esecuzione di ulteriori test per dimostrare le proprietà dei materiali tubolari e come possono essere modificati per migliorare la rigenerazione dei tessuti. I ricercatori sperano che il loro lavoro porterà allo sviluppo di una nuova classe di materiali sostitutivi ossei chemiobrionico.