Eine neue Doktorarbeit der Universität Borås, Schweden, präsentiert spannende Fortschritte auf dem Gebiet der Knochenregeneration. Die vorgestellte Methode nutzt Bakterien zur Herstellung von Fasern, die die Knochenheilung unterstützen können.
Sabrina Kopf, Doktorandin in Polymertechnologie, untersuchte, wie ein spezieller Biokunststoff, Polyhydroxyalkanoate (PHA), der von Bakterien produziert wird, eingesetzt werden kann.
„Die Idee ist, diese Fasern in textilen Strukturen einzusetzen, die die Knochenheilung bei großen Knochendefekten unterstützen können. Damit Knochen heilen können, benötigen Knochenzellen etwas, an dem sie sich festsetzen können. Knochenzellen erkennen die Substanz Calciumphosphat. Deshalb haben wir diese Substanz den Fasern hinzugefügt“, erklärte sie.
Die größte Herausforderung des Projekts bestand darin, PHA mit den im Labor verfügbaren Geräten zu Fasern zu verarbeiten. Indem sie den Kunststoff schmolz und ihn durch ein Loch presste, ähnlich wie bei der Herstellung von Spaghetti, gelang es ihr, Fasern herzustellen. Diese wurden anschließend mit Knochenzellen getestet, um zu prüfen, ob die Zellen auf dem Material überleben konnten.
„Es stellte sich heraus, dass es möglich ist, Fasern mit ähnlicher Festigkeit wie Knochen herzustellen. Darüber hinaus gelang es uns, einfache gestrickte und gewebte Textilstrukturen aus diesen Fasern herzustellen. Die Knochenzellen hafteten an der Materialoberfläche und wirkten gesund, was ein gutes Zeichen ist“, sagte Sabrina Kopf.
Großer Bedarf an Knochenersatzmaterialien
Knochen ist nach Blut das am zweithäufigsten transplantierte Gewebe weltweit, was auf einen erheblichen Bedarf an Knochenersatzmaterialien hindeutet.
„Heute wird häufig körpereigener Knochen verwendet, d. h. Knochen wird beispielsweise aus dem Becken entnommen und in die beschädigte Körperregion transplantiert. Dies begrenzt die verfügbare Knochenmenge. Zudem ist das Risiko von Komplikationen an der Entnahmestelle hoch. Die Verwendung synthetischer Materialien wie PHA-Fasern könnte eine Lösung für dieses Problem sein“, sagte Sabrina Kopf.
Umweltfreundliche alternative
PHA-Fasern sind ebenfalls umweltfreundlich. Sie können aus Reststoffen hergestellt werden und zersetzen sich in allen Umgebungen, ohne als Mikroplastik zu verbleiben. Das macht sie zu einer nachhaltigen Option für die Zukunft.
Fortschritte in der biomedizinischen Forschung
„Die Ergebnisse meines Projekts stellen einen kleinen Fortschritt in der biomedizinischen Forschung dar und können andere Forscher dazu inspirieren, das Potenzial von Textilien in medizinischen Anwendungen zu erforschen“, sagte Sabrina.
Research at the University of Borås focuses on sustainable development based on the global goals. Sabrina explained how this project relates to these goals:
The ability to produce fibers from PHA is not only beneficial for the healthcare sector, although that was the focus of my thesis. The fibers can also be used in other textile applications and contribute in all areas where textiles contribute to the UN's Sustainable Development Goals, as PHA and its products are biodegradable and have no negative impact on the environment.
Sabrina Kopf defended her thesis at the University of Borås, Sweden, on April 23.
Read the dissertation: Melt-spun polyhydroxyalkanoate filaments for biomedical applications.
Main supervisor: Professor Mikael Skrifvars.
Assistant supervisors: Lecturer Dan Åkesson and Maria Persson, Lecturer.
External reviewer: Professor J?nis Lo?s, Riga Technical University.
