Czy drewno mogłoby zastąpić uszkodzone kości?

Starzenie się przynosi różne zagrożenia, takie jak , choroba zwyrodnieniowa stawów, nowotwory kości i inne schorzenia. Szacuje się, że na świecie wykonywanych jest rocznie 2,2 mln procedur przeszczepów kości, a liczba ta stale rośnie ze względu na zmieniające się tryb i długość życia.

Obecnie naukowcy zajmujący się medycyną poszukują materiałów biomimetycznych (posiadających budowę i spełniających funkcje systemów biologicznych), podobnych do kości pod względem wytrzymałości, giętkości i gęstości. Istnieje nadzieja, że być może uda się domieszkować stopy metali takimi materiałami.

Jednakże ostatnio odkryto, że struktura niektórych rodzajów drewna na poziomie mikroskopowym jest bardzo zbliżona do kości. Co więcej, struktura ta posiada takie same parametry biomechaniczne, jeżeli chodzi o wytrzymałość i lekkość, ze względu na swoje hierarchiczne uporządkowanie.

Niedawno profesor Ugo Finardi z Instytutu Badań Ekonomicznych nad Przedsiębiorstwami i Wzrostem (CERIS) CNR i Uniwersytetu w Turynie oraz profesor Simone Sprio z Instytutu Nauki i Technologii Ceramiki (ISTEC) CNR przeprowadzili studium przypadku w celu zbadania implikacji nowej technologii. Czerpiąc inspirację z przyrody, grupa ds. badań nad biomateriałami przy ISTEC przyjęła w swoich pracach podejście nanotechnologiczne do przekształcania drewna rattanowego w o hierarchicznej strukturze. Profesorowie wraz ze swoimi zespołami naukowców, w skład których weszli Anna Tampieri i Andrea Ruffini, odkryli, że materiały biomimetyczne odznaczają się wytrzymałością i giętkością podobną do kości, co jest nieosiągalne za pomocą obecnych technologii stopów metali.

Naukowcy są przekonani, że hierarchiczną, fizyczną strukturę drewna rattanowego można wykorzystać za pomocą technologii jako rusztowanie, co pozwoli na stworzenie syntetycznego materiału do zastępowania uszkodzonych i utraconych . Dodatkowa korzyść to nośność materiału, gdyż ten właśnie czynnik wykluczał zastosowanie wcześniejszych materiałów biomimetycznych.

Jednak przetwarzanie surowca drewnianego w celu usunięcia komponentów chemicznych niekompatybilnych z implantami dla ludzi, to długi i złożony proces. Niemniej profesorowie są przekonani, że korzyści związane z możliwością wytworzenia materiału podobnego do kości zdecydowanie przeważają pojawiające się problemy.

Proces przekształcania drewna w implanty wiąże się z obróbką cieplną drewna w celu usunięcia celulozy, ligniny i innych materiałów roślinnych. W ten sposób uzyskuje się szkielet węglowy, który można poddać infiltracji oraz oddziaływaniu wapnia, tlenu i fosforanu, aby uzyskać porowaty materiał zdolny z kolei do chemicznego i mechanicznego upodobnienia się do kości.

W podsumowaniu zespół badawczy stwierdza, że w odróżnieniu od stopów metali, ceramiki, a nawet kości dawcy, opatentowany przez nich materiał jest niedrogi, cechuje się bardzo dobrą biomechaniką i jest biokompatybilny. Można go również wbudować do istniejącej kości, dzięki czemu odpowiednio wspomaga jej regenerację.

Więcej informacji:

Instytut Badań Ekonomicznych nad Przedsiębiorstwami i Wzrostem:


Instytut Nauki i Technologii Ceramiki: