Nieuw thermoplastisch biomateriaal biedt precieze controle over afbraak en mechanische eigenschappen voor medische toepassingen

Onderzoekers van de Universiteit van Birmingham (UK) en Duke University (VS) hebben een nieuw thermoplastisch polyesters geengineerd dat onafhankelijke controle toelaat over de in‑vivo afbraaksnelheid en mechanische prestaties. Het gemateriaal is afgestemd op zacht‑weefselherstel en flexibele bio‑electronica.

Het bereiken van een biomateriaal dat de elasticiteit en sterkte van native weefsels matcht terwijl het op een klinisch relevante pace afbreekt, is berucht uitdagend. De chemie die mechanische veerkracht geeft, dicteert vaak de afbraakkinetiek.

Het team toonde aan dat het incorporeren van succijnzuur – een naturafkomstig metaboliët – een hefboom biedt om de afbraaksnelheid fin te tunen.

De studie, gepubliceerd in Nature Communications, rapporteert dat het polyester gestadig afbreekt over vier maanden, gedurende welke nieuw weefsel infiltreert en uiteindelijk het scaffold vervangt. In vivo testen in ratten bevestigden de biocompatibiliteit en veiligheid van het materiaal. Door de succijnzuur‑inhoud te moduleren, reguleerden de onderzoekers wateropname en dus de afbraaksnelheid. Belangrijk is dat de gemaakte stereochemie van het materiaal, gemodelleerd naar natuurlijk rubber, mechanische sterkte ontkoppelt van afbraaksnelheid, wat toelaat dat sterkte bewaard of hersteld wordt via stereochemische tuning – een ongekende capaciteit in afbreekbare biomaterialen.

Professor Andrew Dove van de Universiteit van Birmingham, co‑auteur van de studie, merkt op dat biologische weefsels een wijd scala aan elastisch gedrag vertonen. "Het ontwerpen van synthetische substituten die deze kenmerken matchen terwijl ze ook in situ afbreken, is lang een angstaanjagende taak geweest," zegt hij. "Een universele oplossing is ontoereikend; ons werk toont aan dat implants nu geengineerd kunnen worden met toepassingsspecifieke prestatieprofielen."

Professor Matthew Becker van Duke, wiens expertise scheikunde, mechanische engineering, en materiaalwetenschap omspant, observeert dat het biomaterialenveld beperkt is geweest door een smalle selectie van opties. "Onze ontwikkeling markeert een significante sprong vooruit," zegt hij. "De tuneerbaarheid van het materiaal opent deuren voor diverse toepassingen – van bottransplantaten en vasculaire stents tot draagbare electronica. We streven actief naar verdere biocompatibiliteitsstudies en meer geavanceerde demonstraties."

Financiering werd geleverd door de National Science Foundation, de John S. & James L. Knight Foundations, de Europese Onderzoeksstichting, en de National Health and Medical Research Council van Australië.

De technologie is ook beschermd door internationale octrooi‑aanvragen van de Universiteit van Warwick en Akron Universiteit.