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Nov 18, 2023

Eierschale

Wissenschaftler am National University of Science and Technology Center for

Wissenschaftler am Nationalen Zentrum für Verbundwerkstoffe der Universität für Wissenschaft und Technologie (NUST MISIS) in Russland entwickeln einen neuen bioaktiven Polymer-Keramik-Verbundwerkstoff aus gewöhnlichen Eierschalen, der zur Behandlung von Schädelverletzungen und anderen chirurgischen Knocheneingriffen eingesetzt werden kann.

Knochen kommt so häufig vor, dass man ihn leicht für selbstverständlich halten kann, aber das bedeutet nicht, dass es kein bemerkenswertes Material ist. Ein Beweis dafür ist, dass es den Wissenschaftlern nach über einem Jahrhundert intensiver Bemühungen nicht gelungen ist, eine synthetische Version für chirurgische Anwendungen zu entwickeln, die genauso gut funktioniert wie das Original.

Ein einfaches Beispiel hierfür ist, dass in Fällen, in denen ein Teil des Schädels aufgrund einer Fraktur oder aufgrund eines angeborenen Defekts, der einen Teil des Schädels gefährlich dünn macht, ersetzt werden muss, das übliche Verfahren darin besteht, den beschädigten oder defekten Teil zu ersetzen Knochen mit einem aus Metall, Kunststoff oder Keramik. Aber nichts davon ist wirklich der Aufgabe gewachsen.

Ein Teil des Problems ist mechanischer Natur. Die künstliche Platte ist möglicherweise zu weich oder zu spröde, zu biegsam oder zu steif, neigt dazu, ihre Form bei Temperaturänderungen zu ändern, oder ist schwer zu formen und richtig anzupassen. Ein weiterer Grund ist, dass die meisten dieser Materialien bioinert sind. Das heißt, sie interagieren nicht mit lebendem Gewebe. Dies ist beabsichtigt, da Chirurgen keine Implantate in den Körper von Menschen einsetzen möchten, die Infektionen oder Gewebeabstoßungen verursachen könnten. Leider bedeutet dies aber auch, dass diese Implantate nicht wirklich Teil des Körpers werden können und eher wie ein natürlicher Bestandteil wirken.

Um dieses Problem zu lösen, untersuchte das NUST MISIS-Team ein synthetisches Polymer namens Polymethylmethacrylat (PMMA), das aufgrund seiner Festigkeit und selbsthärtenden Eigenschaften häufig als Knochenzement verwendet wird. Leider ist PMMA nicht optimal, da es bioinert ist, aber das Team änderte dies, indem es eine Silikat-Biokeramik namens Diopsid hinzufügte, die aus Eierschalen gewonnen wird.

Dem Team zufolge ist das Diopsid relativ ungiftig, biologisch abbaubar und kann das Wachstum von Knochengewebe in seiner Umgebung stimulieren, sodass das Implantat schließlich mit dem Knochen verschmelzen kann, anstatt nur mit ihm zementiert zu werden.

„Eierschalen haben gesundheitliche Vorteile wie Knochenmineralisierung und -wachstum sowie die Behandlung von Osteoporose und werden daher als Knochentransplantat verwendet“, sagt Inna Bulygina, iPhD-Studentin in Biomaterialwissenschaften an der NUST MISIS. „Wir haben einen kostengünstigen Ansatz für das Recycling von Bioabfällen gewählt, um die Lebensqualität von Patienten mit Knochenerkrankungen zu verbessern. Für die Herstellung von Verbundwerkstoffen wurde aus Eierschalen gewonnenes Diopsid verwendet.“

Das Team stellte mithilfe eines Lösungsmittelgussverfahrens ein poröses PMMA/Diopsid-Verbundmaterial her, bei dem ein thermoplastisches Polymer durch wiederholtes Eintauchen einer Form in eine Lösung des Polymers gebildet wird, wobei Filmschichten zurückbleiben. Es wurden verschiedene Proben des Materials mit 25, 50 und 75 Prozent Anteilen an eingesetztem Diopsid hergestellt.

„Die Proben mit 50 Prozent Diopsid zeigten das beste Ergebnis – sie zeigten eine vierfache Steigerung der Druckfestigkeit und zeigten nach vierwöchigen In-vitro-Tests eine gute Fähigkeit, Knochenmineralien auf ihrer Oberfläche abzulagern“, sagt Rajan Choudhary , ein Postdoktorand. „Gleichzeitig haben wir herausgefunden, dass die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen porösen Verbundwerkstoffe den Eigenschaften der Spongiosa des menschlichen Körpers entsprechen.“

Die Forschung wurde im Journal of Asian Ceramic Societies veröffentlicht.

Quelle: Nationale Universität für Wissenschaft und Technologie