La rigenerazione ossea è un processo complesso e i metodi esistenti per favorire la rigenerazione, compresi i trapianti e le trasmissioni di fattori di crescita, devono affrontare limitazioni come i costi elevati. Ma recentemente è stato sviluppato un materiale piezoelettrico in grado di favorire la crescita del tessuto osseo.
Un gruppo di ricerca KAIST guidato dal professor Seungbum Hong del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali (DMSE) ha sviluppato un'impalcatura biomimetica che genera segnali elettrici all'applicazione della pressione utilizzando la capacità osteogenica unica dell'idrossiapatite (HAp). L'HAp è un materiale basico di fosfato di calcio presente nelle ossa e nei denti. Questa sostanza minerale biocompatibile è nota anche per prevenire la carie e viene spesso utilizzata nel dentifricio.
Questa ricerca è stata condotta in collaborazione con un team guidato dal professor Jangho Kim del Dipartimento di Ingegneria dei Biosistemi di Convergenza dell’Università Nazionale di Chonnam. I risultati sono pubblicati sulla rivista ACS Applied Materials &Interfaces .
Precedenti studi sugli scaffold piezoelettrici hanno confermato gli effetti della piezoelettricità sulla promozione della rigenerazione ossea e sul miglioramento della fusione ossea in vari materiali a base polimerica, ma erano limitati nella simulazione del complesso ambiente cellulare richiesto per una rigenerazione ottimale del tessuto osseo. Tuttavia, questa ricerca suggerisce un nuovo metodo per utilizzare le capacità osteogeniche uniche dell'HAp per sviluppare un materiale che imita l'ambiente del tessuto osseo in un corpo vivente.
Il gruppo di ricerca ha sviluppato un processo di produzione che fonde l'HAp con una pellicola polimerica. L'impalcatura flessibile e indipendente sviluppata attraverso questo processo ha dimostrato il suo notevole potenziale nel promuovere la rigenerazione ossea attraverso esperimenti in vitro e in vivo sui ratti.
Il team ha inoltre identificato i principi della rigenerazione ossea su cui si basa l'impalcatura. Utilizzando la microscopia a forza atomica (AFM), hanno analizzato le proprietà elettriche dello scaffold e valutato le proprietà superficiali dettagliate relative alla forma cellulare e alla formazione delle proteine scheletriche cellulari. Hanno inoltre studiato gli effetti della piezoelettricità e delle proprietà superficiali sull'espressione dei fattori di crescita.
Il professor Hong del DMSE di KAIST ha dichiarato:"Abbiamo sviluppato un materiale composito piezoelettrico a base di HAp che può agire come una 'bendatura ossea' grazie alla sua capacità di accelerare la rigenerazione ossea". Ha aggiunto:"Questa ricerca non solo suggerisce una nuova direzione per la progettazione di biomateriali, ma è anche significativa perché ha esplorato gli effetti della piezoelettricità e delle proprietà superficiali sulla rigenerazione ossea."
Ulteriori informazioni: Soyun Joo et al, Impalcature progettate piezoelettricamente e topograficamente per accelerare la rigenerazione ossea, Materiali e interfacce applicati ACS (2024). DOI:10.1021/acsami.3c12575
Informazioni sul giornale: Materiali e interfacce applicati a ACS
Fornito dal Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
