Anzeige
In the clothing industry it's common to mix natural and synthetic fibers. Take cotton and add polyester to make clothing that's soft, breathable and wrinkle free.
Now researchers at the University of Washington are using the same principle for biomedical applications. Mixing chitosan, found in the shells of crabs and shrimp, with an industrial polyester creates a promising new material for the tiny tubes that support repair of a severed nerve, and could serve other medical uses. The hybrid fiber combines the biologically favorable qualities of the natural material with the mechanical strength of the synthetic polymer.
"A nerve guide requires very strict conditions. It needs to be biocompatible, stable in solution, resistant to collapse and also pliable, so that surgeons can suture it to the nerve," said Miqin Zhang, a UW professor of material science and engineering and lead author of a paper now available online in the journal Advanced Materials. "This turns out to be very difficult."
After an injury that severs a peripheral nerve, such as one in a finger, nerve endings continue to grow. But to regain control of the nerve surgeons must join the two fragments. For large gaps surgeons used to attempt a more difficult nerve graft. Current surgical practice is to attach tiny tubes, called nerve guides, that channel the two fragments toward each other.
Today's commercial nerve guides are made from collagen, a structural protein derived from animal cells. But collagen is expensive, the protein tends to trigger an immune response and the material is weak in wet environments, such as those inside the body.
The strength of the nerve guide is important for budding nerve cells.
"This conduit serves as a guide to protect the neuron from injury," Zhang said. "If the tube is made of collagen, it's difficult to keep the conduit open because any stress and it's going to collapse."
Zhang and colleagues developed an alternative. The first component of their material, polycaprolactone, is a strong, flexible, biodegradable polyester commonly used in sutures. It is not suitable on its own for use as a nerve guide because water-based cells don't like to grow on the polyester's water-repelling surface.
The second component, chitosan, is found in the shells of crustaceans. It's cheap, readily available, biodegradable and biocompatible, meaning that it won't trigger an immune response. Chitosan has a rough surface similar to the surfaces found inside the body that cells can attach to. The problem is chitosan swells in water, making it weak in wet environments.
Researchers combined the fibers at the nanometer scale by first using a technique called electrospinning to draw the materials into nanometer-scale fibers, and then weaving the fibers together. The resulting material has a texture similar to that of the nanosized fibers of the connective tissue that surrrounds human cells.
The two materials are different and are difficult to blend, but proper mixing is crucial because imperfectly blended fibers have weak points.
Zhang and colleagues built prototype nerve guides measuring 1.5 millimeters (0.06 inches) in diameter, and between five and 15 centimeters (two to six inches) long. They tested a guide made from the chitosan-polyester blend against another biomaterial under study, polylacticcoglycolic acid, and a commercially available collagen guide.
Of the three materials, the chitosan-polyester weave showed the most consistent performance for strength, flexibility and resistance to compression under both dry and wet conditions. Under wet conditions, which the researchers say best mimics those in the body, the chitosan-polyester blend required twice as much force to push the tube halfway shut as the other biomaterial, and eight times as much force as the collagen tube.
The new material showed promise for nerve guides but would also work well for wound dressings, heart grafts, tendons, ligament, cartilage, muscle repair and other biomedical applications, Zhang said.
The research was funded by the National Science Foundation through a grant to the UW's Engineered Biomaterials Research Center. Co-authors on the paper are Richard Ellenbogen, Narayan Bhattarai, Zhensheng Li, Jonathan Gunn, Matthew Leung, Ashleigh Cooper, Dennis Edmonson and Omid Veiseh of the UW; Ming-Hong Chen of the National Yang-Ming University in Taiwan; and Yong Zhang of the National University of Singapore.
For more information, contact Zhang at 206-616-9356 or mzhang@u.washington.edu
Zhang | Quelle: Newswise Science News
Weitere Informationen: www.washington.edu
Weitere Berichte zu: biomedical applications > clothing industry > crustacean > immune response > Mixed-Fiber > Mixing chitosan > Nerve > nerve cells > Polyester > repair > synthetic polymer
Engineered materials: Custom-made magnets
24.05.2012 | The Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)
Singapore-made anti-reflective plastics to be commercialised
24.05.2012 | The Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten