Spider Silk: la clé des nouveaux composites de réparation osseuse!

Les chercheurs ont inventé un composite biodégradable fait de fibres de soie qui peut être utilisé pour réparer les os porteurs fracturés sans produire de complications comme les autres matériaux.

Un rendu tridimensionnel d'un nouveau type de composite de réparation osseuse développé par l'Université de Niederich. Le matériau composite est constitué de fibres de soie et de fibres d'acide polylactique et, tout en conservant sa souplesse, il est recouvert d'excellentes particules biocéramiques. Ce composite biodégradable peut aider à guérir l'os sans produire de complications comme des pièces métalliques.

La réparation des principaux os porteurs, tels que les os des jambes, peut être un processus long et difficile.

La réparation des principaux os porteurs, tels que les os des jambes, peut être un processus long et difficile.

Pour faciliter les réparations, les médecins installent parfois une plaque de métal pour soutenir l'os quand il guérit. Mais cela peut être un problème. Certains métaux injectent des ions dans le tissu environnant, ce qui provoque une inflammation et une irritation. De plus, le métal est aussi très dur. Si une plaque métallique est soumise à des charges excessives dans les jambes, les nouveaux os peuvent devenir plus fragiles et plus susceptibles de se fracturer.

Afin de trouver une solution à ce problème, le professeur Mei Wei, spécialiste des matériaux et ingénieur biomédical, s'est tourné vers les araignées et les mites pour trouver l'inspiration. Wei est particulièrement préoccupé par la fibroïne de soie, une protéine présente dans les fibres de soie des araignées et des mites, connue pour sa bonne ténacité et sa résistance à la traction.

La communauté médicale est au courant depuis longtemps de l'existence de la fibroïne de soie. En raison de sa haute résistance et de sa bonne biodégradabilité, il est un composant commun des sutures médicales et de l'ingénierie tissulaire. Cependant, personne n'a essayé d'en faire un matériau polymère dense, et Wei savait que la fibroïne de soie était la clé si elle voulait faire un meilleur dispositif pour réparer l'os fracturé porteur de charge.

En collaboration avec le professeur Dianyun Zhang, ingénieur en mécanique à l'Université du Connecticut, le laboratoire du professeur Wei a commencé à tester la fibroïne de soie dans divers matériaux composites en trouvant la bonne combinaison et le ratio de différents matériaux pour obtenir la meilleure résistance et flexibilité. Sexe. La nouvelle composition a bien sûr besoin de sa haute résistance. Dureté. Cependant, il n'a pas besoin d'être trop élevé. Si la dureté est trop élevée, elle inhibera la croissance des os denses. En même temps, le matériau composite doit être flexible pour que le patient puisse guérir l'os tout en conservant son amplitude naturelle de mouvement et de mouvement.

Après des dizaines de tests, Wei et Zhang ont découvert ce qu'ils cherchaient. Le nouveau matériau composite est constitué de fibres de filaments et de fibres d'acide polylactique (un thermoplastique biodégradable fabriqué à partir d'amidon de maïs et de canne à sucre), imprégné en solution, et chaque solution est revêtue d'hydroxyapatite. Particules de céramique microbienne fine (minéraux de phosphate de calcium trouvés dans les dents et les os). Les fibres enduites ont ensuite été disposées en couche sur un petit cadre en acier et pressées dans une tige composite dense dans un moule de compression à chaud.

Dans une étude récente publiée dans le «Comportement mécanique des matériaux biomédicaux», Wei a rapporté que les composites biodégradables à haute performance présentent une résistance élevée et une bonne flexibilité, qui est le même type de biomatériaux dans la littérature. La plus haute valeur jamais enregistrée. En outre, leur performance deviendra encore meilleure.

Wei, qui est également vice-doyen de la School of Engineering et s'est consacré à la recherche et à l'enseignement supérieur, a déclaré: «Nos résultats montrent que ce nouveau type de matériau composite a une très grande force et flexibilité, mais nous pensons que peut faire chaque composant Pour atteindre notre objectif, nous obtiendrons de meilleurs résultats. "

Le nouveau matériau composite a également la ténacité. Les fémurs des adultes et des personnes âgées peuvent prendre des mois à guérir. Le matériau composite mis au point par le laboratoire de Wei a terminé son travail et a commencé à se dégrader un an plus tard. Aucune intervention chirurgicale n'est requise.

Bryant Heimbach, étudiant au doctorat et spécialiste des matériaux à Wei Lab, et Beril Tonyali d'UConn, qui étudie en sciences des matériaux et en ingénierie, se joignent à l'équipe de recherche de Wei et Zhang.

L'équipe a commencé à tester de nouveaux dérivés de composites, y compris ceux qui utilisent la forme monocristalline de l'hydroxyapatite pour plus de composés de résistance, et un changement à un mélange de revêtement pour lui donner plus de poids dans les os.