Meng silica- en gelatine-nanodeeltjes en je krijgt een colloïdale composietgel die tegelijk zelfherstellend en mechanisch stevig is. Het zou wel eens een prima uitgangspunt kunnen zijn voor kunstmatig botweefsel, blijkt uit een Nijmeegse publicatie in Advanced Materials.

Volgens laatste auteur Sander Leeuwenburgh, van de vakgroep biomaterialen van het Radboudumc, zou je zulk kunstbot zelfs via injecties op zijn plek kunnen brengen. Als je het door een nauwe injectienaald perst, wordt het dankzij de hoge afschuifkrachten redelijk vloeibaar. Zodra het die naald uit is, ‘herstelt’ de vaste, harde colloïdstructuur zichzelf binnen een paar seconden.

Leeuwenburgh, promovendus Mani Diba en collega’s van Harvard en Dalian University of Technology creëerden de gel uit zachte gelatinedeeltjes van gemiddeld 400 nm diameter, en harde silicadeeltjes van 80 nm. Die suspendeer je in een NaOH-oplossing met een pH van rond de 11. Vervolgens laat je die pH langzaam dalen.

Bij pH 8 passeer je het iso-elektrische punt van gelatine. De lading van die deeltjes klapt dan om van negatief naar positief terwijl die van de silica negatief blijft. Pas dan gaan de deeltjes elkaar dus aantrekken, en starten ze een zelfassemblageproces. Wanneer de onderlinge aantrekkingvoldoende sterk is, krijg je daarbij geen massieve klomp maar een soort netwerk van slierten.

Zoals gezegd is dat netwerk zelfherstellend. Als er onder mechanische belasting beschadiging optreedt, dan herstelt het materiaal zichzelf wanneer de belasting weer wegvalt. De eerste paar keer zie je zelfs dat het netwerk sterker wordt dan het was: kennelijk herstellen eerdere fouten in het zelfassemblageproces dan zichzelf, en werk je langzaam naar de energetisch ideale structuur toe.

Voorlopig is het nog een modelsysteem maar Leeuwenburgh en collega’s denken al heel nadrukkelijk aan toepassingen. Gezien hun achtergrond bij de afdeling Tandheelkunde ligt botherstel dan voor de hand, als vervanging voor echt botweefsel dat je elders uit de patiënt ‘oogst’. Je zou dan de ingrediënten van de gel zo moeten wijzigen dat ze binden aan het resterende bot.

Leeuwenburgh denkt trouwens ook al aan 3D-printen van de composietgel. ‘Daar gaan we binnenkort in de VS onderzoek naar doen.’

bron: Radboudumc