Specialdesignad gelbeläggning som förbättrar kirurgiska implantat

En forskargrupp vid Uppsala universitet har utvecklat en ny påverkbar gelbeläggning för kirurgiska implantat. Materialet är utformat för att ge en bättre sammanbindning mellan implantat och ben samt att förhindra avstötning. Neutronspridningsexperiment vid Institut Laue-Langevin i Grenoble, Frankrike, visar hur ett protein som främjar bentillväxt binder till den gelbelagda ytan. Proteinet frigörs sedan på ett kontrollerat sätt.

Ben- och tandimplantat är oftast inte livstidsanordningar. För att ett implantat ska bibehålla sin kvalité och sin plats i kroppen så länge som möjligt måste man sammanfoga det till den intilliggande ben- eller mjukvävnaden. Modifierad hyaluronan, ett ämne som finns naturligt i kroppen hos människor och djur, kan tvärbinda och forma en gel som fästs på ytan av ett implantat. I en studie som nu publiceras i den vetenskapliga tidskriften Advanced Engineering Materials visar forskarna att de gelbelagda titanytorna kan binda proteinmolekyler som främjar benbildning. Dessa proteiner frisätts sedan långsamt när ytan kommer i kontakt med en lösning av kalciumjoner. Denna process stimulerar tillväxten av ben på implantatet.

- Vi kunde mäta ett gellager med en tjocklek på några miljondelsmillimeter med hjälp av neutronreflektion, säger Ida Berts. Denna metod ger en detaljerad bild av vad som händer vid en yta, i synnerhet kunde vi observera att proteinet BMP-2, som stimulerar bentillväxt, band sig till gelen. Det bunda proteinet är stabilt i vatten, men kan frigöras långsamt genom tillsats av vattenlösningar innehållande kalcium. Kalciumjoner binder till gelen istället för proteinet som då frisätts. Det frisatta proteinet stimulerar då kroppen att bilda ben.

Både bindnings- och frisättningsprocessen kunde följas och mängden proteiner på ytan kunde bestämmas. Mätningarna gav också information om proteinets ytstruktur. Neutronspridning är ett idealiskt verktyg för att förstå samspelet mellan metallytor och mjuka material såsom biopolymerer och proteiner. Detta tack vare neutronernas interaktioner med atomkärnor som möjliggör en kontrastmatchningsteknik som framhäver proteinkomponenter vid ytan.

- Tvärvetenskaplig forskning och sammarbeten möjliggör att avancerade analysverktyg tillämpas på viktiga och svåra medicinska och vetenskapliga utmaningar. Detta spännande arbete är ett resultat från sammarbetet mellan kemister och fysiker samt Centrum för neutronspridning vid Uppsala universitet och laboratorier i Grenoble, säger professor Adrian Rennie.

- Vi kan förvänta oss att materialet kommer att användas inom medicin för att regulera läkningsprocessen i ben, säger docent Dmitri Ossipov.

För mer information om forskningen kontakta Adrian Rennie, tel: 070-4250914, 018-471 3596, e-post: Adrian.Rennie@physics.uu.se eller Ida Berts, tel: +49-(0)89 2180 2439, e-post: Ida.Berts@physik.uni-muenchen.de

I. Berts, D Ossipov, G Fragneto, A Frisk, A.R. Rennie, Polymeric smart coating strategy of titanium implants, Advanced Engineering Materials (2014).