Een nieuw biologisch afbreekbare implantaat kan de manier waarop botbreuken worden behandeld veranderen. Het steigermateriaal (scaffold) lost niet alleen zelfstandig op in het menselijk lichaam, maar helpt ook de botgroei te stimuleren.
Een botbreuk herstelt in de meeste gevallen vanzelf, terwijl patiënten gips of een brace dragen om de botten stabiel te houden. Bij complexe breuken is dat niet altijd het geval en kan een chirurgische ingreep nodig zijn. In dit soort gevallen kunnen chirurgen een steiger van biologisch-compatibel materiaal plaatsen. In andere gevallen is het nodig metalen plaatjes of pinnen te plaatsen om de botten op de juiste manier te laten herstellen.
Combinatie van magnesium, glutamine en citroenzuur
Een nieuw soort steigermateriaal ontwikkeld door een team van de Amerikaanse Penn State University kan hier verandering in brengen. CitraBoneQMg is een implanteerbaar en biologisch afbreekbare implantaat. “Door magnesium en glutamine – twee kleine moleculen die van nature in het lichaam en in voedsel voorkomen – te combineren met citroenzuur, ontdekten we dat deze moleculen samenwerken om botgroei te bevorderen door de intracellulaire energiestofwisseling te stimuleren”, aldus eerstauteur Hui Xu, doctorand in de biomedische technologie. Xu wordt in dit project begeleid door Su Yan, assistent-onderzoekshoogleraar biomedische technologie.
De combinatie van magnesium, glutamine en citroenzuur blijkt de intercellulaire energie te verhogen en te helpen bij het reguleren van twee energiepaden die essentieel zijn voor botgroei: AMPK en mTORC1. Deze paden zijn vergelijkbaar met beheersystemen in de cel, en zorgen dat het energiegebruik van de cel in balans is voor het creëren van nieuw bot.
“De moleculen reguleren tegelijkertijd beide energieroutes, wat anders is dan normaal – meestal werken ze als een wip: de ene versnelt terwijl de andere vertraagt”, aldus Xu. “Het steigerachtige materiaal geeft een botcel als het ware een energiestoot: zowel magnesium als glutamine werken synergetisch samen met citroenzuur, waardoor stamcellen meer energie krijgen om te groeien en zich te ontwikkelen tot botcellen, wat leidt tot betere botregeneratie.”
Snellere botgroei
Dierproeven op ratten laten zien dat de methode effectief is. Zo bleek na twee weken dankzij CitraBoneQMg de botgroei met 56% te zijn verbeterd ten opzichte van het gebruik van een citroenzuur-gebaseerde implantaat. Ten opzichte van dieren met implantaten van traditioneel botmateriaal is dit verschil zelfs 185%.
“De drie moleculen fungeren als een helend recept voor botten en openen de deur naar een nieuwe kijk op botreparatie”, zegt Yan. “Naast versnelde botgroei zagen we ook zenuwregeneratie en ontstekingsremmende eigenschappen op de plek van het steigerachtige materiaal – twee cruciale factoren voor langdurig herstel van het bot.”
Hoge concentratie voedingsstoffen
De onderzoekers benadrukken dat het direct afgeven van de moleculen op de plaats van de botbreuk via het steigermateriaal zorgt voor een hoge concentratie voedingsstoffen precies daar waar ze het hardst nodig zijn. Dit terwijl bij orale inname slechts een klein percentage de botbreuk bereikt.
Ook blijkt het polymeren steigermateriaal van nature fotoluminescente en fotoakoestische eigenschappen te bezitten. Dit maakt het eenvoudig om het materiaal na implantatie in kaart te brengen.
“Dankzij die fotoakoestische eigenschappen heeft CitraBoneQMg groot potentieel voor levende weefsel-tracking”, voegt Xu toe. “Het kan zelfs met echografie worden opgespoord onder diep weefsel.”
Beeld: Wellington Dinho via Pixabay
