植物纤维素可提供新型骨植入材料

来自不列颠哥伦比亚大学(UBC)和麦克马斯特大学的科学家表示，他们已经开发出了一种新的骨植入材料：一种泡沫状物质，可以注入体内并为新骨骼的生长提供支架。

它是通过处理来自植物纤维素的纳米晶体制成的，以便它们连接起来形成气凝胶，可以根据需要压缩或膨胀以完全填充骨腔。

“大多数骨移植或植入物都是由坚硬的脆性陶瓷制成，并不总是符合孔的形状，这些间隙会导致骨骼生长不良和植入失败，”研究作者Daniel Osorio博士说。麦克马斯特化学工程专业的学生。“我们创造了这种纤维素纳米晶体气凝胶作为这些合成材料的更有效替代品。”

对于他们的研究，该团队与两组大鼠一起工作，第一组接受气凝胶植入，第二组接受没有。研究(“结果交联的纤维素纳米气凝胶可行的骨组织支架”)，发表在ACTA BioMaterialia，表明与植入物的那组在3周马克33%的骨骼生长和50%以上的骨骼生长在与对照组相比，12周大关。

“化学交联的纤维素纳米晶体(CNC)气凝胶具有许多有益于骨组织支架应用的性质。使用硫酸或磷酸提取CNCs，分别产生具有硫酸盐和磷酸盐半酯表面基团的CNCs。使用扫描电子显微镜，x射线微计算机断层扫描，x射线光电子能谱，氮吸附等温线和压缩测试来研究由两种类型的CNC制造的腙交联的气凝胶。在体外用成骨细胞样Saos-2细胞评估CNC气凝胶，并且显示细胞代谢增加长达7天，而碱性磷酸盐测定显示细胞维持其表型。所有气凝胶均显示羟基磷灰石在14天内生长，同时浸没在0的模拟体液中。

“硫化CNC气凝胶在液体环境中的抗压强度和长期稳定性方面略优于磷化CNC气凝胶，并被植入成年雄性Long Evans大鼠的颅骨中。与对照组相比，在3周和12周时间点，与对照相比，硫酸化CNC气凝胶分别显示出增加的骨体积分数为33%和50%，以及骨传导性的证据。这些结果表明，交联的CNC气凝胶具有柔韧性，多孔性，并且在植入骨缺损后有效促进骨骼生长。

“这些研究结果首次在实验室环境中显示，纤维素纳米晶体气凝胶可以支持新的骨骼生长，”该研究的共同作者Emily Cranston博士说，他是木材科学和化学和生物工程教授，担任总统UBC森林生物产品卓越主席。她补充说，当骨骼开始愈合时，植入物应分解成体内的无毒成分。

该研究的共同作者，麦克马斯特的材料科学与工程和生物医学工程教授Kathryn Grandfield博士表示，这项创新可能会填补北美20亿美元骨骸市场的空白。

“我们可以看到这种气凝胶被用于许多应用，包括牙科植入物和脊柱和关节置换手术，”Grandfield说。“它将是经济的，因为原料纳米纤维素已经以商业数量生产。”

研究人员表示，气凝胶从实验室进入手术室需要一段时间。

“今年夏天，我们将研究导致骨骼生长的骨骼和植入物之间的机制，”Grandfield说。“我们还将研究植入物如何使用先进的显微镜降解。之后，在准备进行临床试验之前，还需要进行更多的生物学检测。“