Skräddarsytt nano-gummi med optimala egenskaper kan ersätta mänsklig vävnad

Forskare på Chalmers har upptäckt ett nytt sätt att göra gummiliknande material med unika egenskaper, som kan ersätta mänsklig vävnad. Materialet har potential att göra stor skillnad i människors liv. Studien publicerades nyligen i den högt ansedda vetenskapliga tidskriften ACS Nano. 

Inom utvecklingen av medicintekniska produkter finns en stor efterfrågan på nya kroppsliknande material som är lämpliga att föra in i kroppen. Sådana ingrepp kan innebära stora risker då de bland annat kan leda till svåra infektioner, och det faktum att många av dagens använda substanser, som till exempel Botox är mycket giftiga, visar på behovet av att finna nya, bättre anpassande material.

I den nya studien har Chalmersforskarna utvecklat ett material som enbart består av komponenter som visat sig fungera väl i kroppen.

Grunden är den samma som i plexiglas, ett material som är vanligt i medicintekniska applikationer. Komponenterna har designats om, och genom så kallad nanostrukturering har det patentskyddade materialet fått helt nya, unika egenskaper. Forskarnas initiala intention var att ta fram ett hårt benliknande material, men de möttes av överraskande resultat.

– Vi blev verkligen förvånande över att materialet kunde bli så mjukt, flexibelt och extremt elastiskt. Att det inte skulle fungera som ett benersättningsmaterial blev tydligt men de nya och oväntade egenskaperna gjorde vår upptäckt minst lika spännande, säger Anand Kumar Rajasekharan, doktor i kemi och en av forskarna bakom studien.

Resultaten visade att det nya gummiliknade materialet har unika egenskaper som är lämpliga för många användningsområden. Nu ser forskarna stora möjligheter att tillämpa det brett inom medicintekniken.

– Den första vi tittar på nu är urinkatetrar. Eftersom materialet går att göra på ett sätt som förhindrar att bakterier kan växa på ytan är det mycket väl anpassat för den här typen av applikationer säger Martin Andersson, forskningsledare för studien och professor i kemi på Chalmers.

Strukturen på det nya nano-gummit gör att det kan ytbehandlas på ett sätt som gör det antibakteriellt på ett naturligt, icke toxiskt vis. Det uppnås genom att binda in små proteiner (antibakteriella peptider) som utgör en naturlig del av vårt immunsystem. I sin tur kan detta minska användandet av antibiotika och på så sätt kan det nya materialet även bli en del i att bekämpa antibiotikaresistens.

Eftersom det nya materialet går att injicera och föras in med titthålskirurgi kan det också bidra till att minska behovet av operationer för att återbygga delar av kroppen. Injiceringen kan ske genom en vanlig kanyl eller med så kallad 3D-printing för att få bestämda strukturer. Dess flexibilitet kan styras, så det efterliknar mänskligt brosk och det kan injiceras som en trögflytande vätska för att sedan bilda sin elastiska struktur på plats i kroppen.

– Det finns många sjukdomar där brosket bryts ned och ben möter ben, vilket innebär stor smärta för den som drabbats, fortsätter Martin Andersson.

Ytterligare en av fördelarna med materialet, är att det innehåller ordnade nanoporer och kan därför laddas med läkemedel för att förbättra dess inläkning. Det blir möjligt att göra en lokal behandling och därigenom går det att undvika att behandla hela kroppen vilket kan minska problem med medicinska bieffekter. Då det är giftfritt (icke toxiskt) fungerar det utmärkt som ifyllnad. Forskarna ser därför plastikkirurgi som ytterligare ett mycket intressant användningsområde för nano-gummit.

– Jag jobbar nu heltid med att ta forskningen vidare ut i industrin, genom vårt nystartade bolag Amferia och märker att det finns ett stort och tydligt intresse för materialet. Det känns fantastiskt bra och lovar gott för att vi ska uppnå vårt mål med forskningen – att skapa reell nytta, avslutar Anand. 

Mer om forskningen:

Studien ”Tough Ordered Mesoporous Elastomeric Biomaterials Formed at Ambient Conditions” har publicerats i den vetenskapliga tidskriften ACS Nano.

Forskningens väg till nytta och kommersialisering: genom start-up bolaget Amferia och Chalmers Ventures.

För att upptäckten av det nya materialet ska kunna göra nytta och kommersialiseras patentskyddade forskarna innovationen innan studien publicerades. Patentet ägs av start-up bolaget Amferia som har grundats av två av forskarna bakom studien, Martin Andersson och Anand Kumar Rajasekharan tillsammans med forskaren Saba Atefyekta som nyligen disputerade inom kemi på Chalmers. Anand är nu vd för Amferia där han ska driva tillämpning av det nya materialet och utvecklingen av bolaget.

Amferia har tidigare uppmärksammats för ett antibakteriellt plåster som tagits fram i en annan studie vid kemi och kemiteknik på Chalmers. I Amferia finns nu innovationen av både det nya nano-gummit och det antibakteriella plåstret. Utvecklingen av bolaget och innovationernas väg mot att göra nytta sker nu i samarbete och med stöd av Chalmers Ventures, ett av Chalmers helägt bolag.

Mer om forskningen: tvärdisciplinärt samarbete på Chalmers

Flera av Chalmers institutioner och discipliner har involverats i studien. Förutom forskarna på institutionen för kemi och kemiteknik är Marianne Liebi, forskarassistent på institution för fysik, medförfattare i artikeln. Hon har utvecklat en teknik där det går att undersöka ordningen i material med hjälp av röntgenbestrålning, det vill säga hur nano-strukturerna förhåller sig till varandra i materialet. I ett pågående arbete ska nu en industriellt gångbar process för produktion av materialet tas fram. Det görs i ett samarbete med institutionen för industri och materialvetenskap, genom ett examensarbete.

För mer information:

Martin Andersson, professor i kemi
+46317722966
martin.andersson@chalmers.se

Anand Kumar Rajasekharan, doktor i kemi och vd för bolaget Amferia
+46 (0)762 981238
anandk@amferia.com

Taggar: