Green synthesis and characterization of iron oxide/hydroxyapatite nanocomposite for biomedical applications

In de wereld van de moderne geneeskunde zoeken onderzoekers voortdurend naar materialen die veilig met het menselijk lichaam kunnen interageren terwijl ze complexe taken uitvoeren, zoals het afleveren van medicijnen aan specifieke cellen of het bestrijden van infecties. Een grote uitdaging op dit gebied is het creëren van deze materialen zonder gebruik te maken van harde chemicaliën of het genereren van giftig afval, een proces dat vaak groene synthese wordt genoemd. In plaats van te vertrouwen op industriële chemicaliën, wenden wetenschappers zich tot de natuur door extracten van planten en afvalproducten van dieren te gebruiken om minuscule structuren te bouwen. Deze structuren, bekend als nanocomposieten, zijn mengsels van verschillende materialen die op microscopische schaal met elkaar zijn versmolten. Wanneer ze gecombineerd worden, kunnen deze materialen nieuwe vermogens verkrijgen, zoals het vermogen om te reageren op magnetische velden of de capaciteit om schadelijke bacteriën te doden, terwijl ze tegelijkertijd zacht genoeg blijven om in een levend persoon te worden gebruikt. Het doel is om een substantie te creëren die niet alleen effectief is, maar ook milieuvriendelijk en veilig voor patiënten.

Een onderzoeker in India heeft deze aanpak toegepast om een nieuw materiaal te creëren dat ontworpen is voor biomedisch gebruik, waarbij twee zeer verschillende bronnen uit de natuur worden gecombineerd: de vrucht van de Noni-boom en de weggegooide botten van de inktvis. De wetenschapper begon met het verzamelen van verse Noni-vruchten en de lege, kalkachtige binnenste schalen van de inktvis, die vaak op het strand aanspoelen en als afval worden beschouwd. De onderzoeker kookte de Noni-vruchten om een vloeibaar extract te maken dat rijk is aan natuurlijke verbindingen die kunnen fungeren als een reducerend middel, wat in essentie helpt bij het vormen van metaaldeeltjes zonder giftige chemicaliën. Dit extract werd vervolgens gebruikt om ijloxeed-nanodeeltjes te laten groeien, minuscule deeltjes van een roestachtig materiaal dat bekend staat om zijn magnetische eigenschappen. Tegelijkertijd verwerkte de onderzoeker de inktvisbotten door ze tot een fijn poeder te malen en ze te behandelen met eenvoudige oplossingen om het calciumcarbonaat in de botten te transformeren naar hydroxyapatiet. Dit is een mineraal dat nauw overeenkomt met het materiaal dat in menselijke botten en tanden wordt gevonden, waardoor het zeer compatibel is met het lichaam.

De volgende stap was het samenbrengen van deze twee componenten. De onderzoeker mengde de ijloxeed-nanodeeltjes met de hydroxyapatiet afgeleid van de visbotten, waarbij een methode werd gebruikt die het mogelijk maakte dat deze verbonden tot één enkel, verenigd materiaal. Dit resulterende nanocomposiet werd vervolgens onderworpen aan een reeks strenge tests om de fysieke aard ervan te begrijpen. Met behulp van krachtige microscopen en röntgeninstrumenten bevestigde de onderzoeker dat het materiaal een hoogst georganiseerde, kristallijne structuur had gevormd. Er werd vastgesteld dat de individuele deeltjes ongelooflijk klein waren, ongeveer tien nanometer in diameter, hoewel ze de neiging hadden om samen te klonteren tot iets grotere groepen van ongeveer 126 nanometer wanneer ze in een vloeistof werden gesuspendeerd. Het materiaal vertoonde ook een specifieke magnetische gedraging bekend als superparamagnetisme, wat betekent dat het aangetrokken kan worden door een magneet, maar niet magnetisch blijft zodra de externe magneet wordt verwijderd, een eigenschap die cruciaal is voor medische toepassingen zoals gerichte medicijnafgifte.

Naast de fysieke structuur werd het materiaal getest op zijn vermogen om ziekten te bestrijden. De onderzoeker stelde het nanocomposiet bloot aan verschillende soorten schadelijke bacteriën en schimmels die gewoonlijk infecties bij mensen veroorzaken. De resultaten toonden aan dat het materiaal effectief was in het stoppen van de groei van deze pathogenen, met name tegen een type bacterie die op de huid wordt aangetroffen en een veelvoorkomende gistinfectie. Het materiaal creëerde een duidelijke zone rond zichzelf waar de microben niet konden overleven, wat wijst op een sterk antimicrobieel effect. Verder onderzocht de onderzoeker of dit nieuwe materiaal gebruikt kon worden voor de behandeling van kanker. Het werd getest tegen menselijke borstkankercellen in een laboratoriumsetting. De studie vond dat naarmate de hoeveelheid van het materiaal toenam, het aantal levende kankercellen aanzienlijk afnam, wat suggereert dat het een krachtig instrument kan zijn voor het gericht aanpakken van tumoren. Bij een specifieke concentratie was het materiaal in staat om de helft van de kankercellen te stoppen met groeien.

Veiligheid is de meest kritische factor voor elk nieuw medisch materiaal, dus de onderzoeker onderzocht ook hoe het nanocomposiet reageerde op bloed. De onderzoeker mengde het materiaal met rode bloedcellen om te zien of het de cellen zou doen barsten of lekken, een proces dat hemolyse wordt genoemd. Bij een concentratie van 100 microgram per milliliter veroorzaakte het materiaal zeer weinig schade, waarbij minder dan negen procent van de cellen werd aangetast. Dit lage niveau van schade geeft aan dat het materiaal biocompatibel is en veilig genoeg kan worden beschouwd voor gebruik bij behandelingen die de bloedbaan betreffen. De studie concludeert dat door afvalmaterialen zoals visbotten en plantenvruchten om te zetten in een geavanceerd medisch hulpmiddel, het mogelijk is om een veelzijdig middel te creëren dat effectief is tegen infecties en kanker, veilig is voor bloedcellen en milieuvriendelijk is. Hoewel verdere tests in levende organismen nodig zijn voordat dit materiaal in ziekenhuizen kan worden gebruikt, suggereren de bevindingen een veelbelovend pad voor het creëren van veiligere, groenere biomedische oplossingen.