I ricercatori di nanotecnologia della Murdoch University hanno progettato con successo materiali sintetici che hanno incoraggiato la formazione ossea nelle pecore.

Il progresso significa che l'uso di successo di materiali sintetici negli innesti ossei per i pazienti umani è un passo avanti. Il materiale potrebbe anche avere potenziali applicazioni future nella riparazione delle fratture e nella chirurgia ricostruttiva.

Attualmente l'osso del paziente, osso donato o materiali artificiali vengono utilizzati per gli innesti ossei, ma le limitazioni con tutte queste opzioni hanno spinto i ricercatori a studiare come i materiali sintetici possono essere migliorati.

Il dottor Eddy Poinern e il suo team del Murdoch Applied Nanotechnology Research Group hanno lavorato con forme in polvere di idrossiapatite bioceramica (HAP) per formare pellet con una struttura spugnosa che sono stati poi impiantati con successo dietro le spalle di quattro pecore dai collaboratori della scuola di veterinaria e scienze della vita presso la Murdoch University.

L'HAP è già utilizzato in una serie di applicazioni biomediche come l'aumento osseo in odontoiatria a causa della sua somiglianza con il componente minerale inorganico dell'osso umano. Ma i trattamenti dell'HAP in modo che possa essere utilizzato con successo in un innesto osseo devono ancora essere sviluppati a causa delle complessità legate alla compatibilità e dei limiti di carico dell'HAP.

Il dottor Poinern e il suo team hanno preparato pellet con densità e porosità variabili utilizzando una varietà di metodi chimici tra cui la sinterizzazione, ultrasuoni e microonde. Quattro pellet sono stati impiantati nei muscoli di ciascuna pecora, dimostrando successivamente una buona biocompatibilità, compresa la colonizzazione di cellule miste dopo quattro settimane e persino la formazione di nuovo osso 12 settimane dopo l'intervento.

"Utilizzare materiali sintetici in questo modo è difficile e complicato perché devono essere ingegnerizzati per essere porosi e per replicare i vari fisici, proprietà chimiche e meccaniche presenti nel tessuto osseo naturale, " ha spiegato il dottor Poinern.

"Devono anche essere non tossici e avere un tasso di degradazione che consentirà alle cellule dell'ospite di ricolonizzare costantemente l'area e consentire la formazione di vasi sanguigni necessari per la consegna di sostanze nutritive ai tessuti ossei in formazione.

"Sapevamo già che l'HAP sintetico era un buon materiale da studiare per un possibile utilizzo nella medicina correlata alle ossa, ma dovevamo scoprire se i pellet che avevamo progettato erano biocompatibili.

"I nostri risultati sono stati molto positivi:i nostri pellet hanno agito come un'impalcatura per la crescita del materiale osseo, reso possibile grazie alle sue proprietà porose che consentono alle cellule di infiltrarsi.

"I pellet erano anche molto convenienti da produrre".

Sebbene lo studio fosse su piccola scala e originariamente destinato a testare la biocompatibilità dei granuli HAP, la crescita ossea era al di là di quanto previsto dal team interdisciplinare.

Professore Associato Martin Cake, che ha impiantato chirurgicamente i pellet nelle pecore, ha descritto i risultati come "sbalorditivi" e ha affermato che erano di buon auspicio per l'uso di HAP ingegnerizzato negli impianti ossei.

"Questo materiale inizia come una polvere che può essere teoricamente modellata in qualsiasi forma, o forse un giorno anche stampato in 3D, poi sinterizzato per indurirlo, " Egli ha detto.

Professore Associato Phil Nicholls, che ha intrapreso la patologia nello studio ha aggiunto:"Siamo all'inizio ma speriamo che questo lavoro aiuti a sviluppare ulteriori collaborazioni sia tra le nostre scuole, e con altre istituzioni.

"È un esempio del motivo per cui pensiamo che il campus sanitario emergente che circonda il nuovo Fiona Stanley Hospital sarà un vero catalizzatore per la ricerca traslazionale. Ci sono pochi altri luoghi in cui questa combinazione di capacità si trova in un unico distretto".

Il dottor Poinern ha detto che sperava di migliorare e abbinare le proprietà fisiche e meccaniche dei pellet con quelle del tessuto osseo naturale in un nuovo studio.

"Una volta ottenute queste proprietà, saranno effettuati ulteriori studi di impianto per stabilire la fattibilità dell'utilizzo di questo scaffold per innesti ossei, " Egli ha detto.

L'articolo del dottor Poinern et al sulla ricerca è stato pubblicato su Nature's Rapporti scientifici rivista.

Lo studio sull'impianto è stato condotto in pecore Merino non gravide con l'approvazione dell'Animal Ethics Committee della Murdoch University e tutti gli esperimenti sono stati condotti in conformità con il Codice di condotta dell'Australian National Health and Medical Research Council (NHMRC) per la cura e l'uso degli animali per scopi scientifici.

In accordo con i principi etici del Codice, le pecore sono state utilizzate contemporaneamente in uno studio non correlato che prevedeva un intervento chirurgico alle articolazioni del ginocchio.

Dopo che i granuli sono stati rimossi, le pecore sono state soppresse umanamente.