Forskare förvandlar kissa till material som passar för medicinska implantat
Forskare har utvecklat en metod som kan förvandla mänsklig urin till det hårda mineralet i ben och tandemalj.
Forskningen, finansierad av US Military’s Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), använder jäst för att bryta urin ner i hydroxyapatit, en form av kalcium som används i ben- och tandimplantat.
Och hydroxyapatit är inte bara användbar för implantat – forskarna bakom studien sa att materialet skulle kunna användas i arkeologisk restaurering, som biologiskt nedbrytbara alternativ till plast och som byggmaterial för byggprojekt. De publicerade sina resultat 6 maj i tidskriften Naturkommunikation.
”Denna process uppnår två mål samtidigt”, studieledare David Kisailusprofessor i materialvetenskap och teknik vid University of California, Irvine, sa i ett uttalande. ”Å ena sidan hjälper det att ta bort mänsklig urin från avloppsvattenströmmar, mildra miljöföroreningar och uppbyggnad av oönskade näringsämnen; och å andra sidan producerar det ett material som kan marknadsföras kommersiellt för användning i en mängd olika inställningar.”
Hydroxyapatit är ett tufft fast ämne som innehåller laddade molekyler av kalcium, fosfat och hydroxid. Det förekommer naturligt, eftersom det är den primära komponenten i både ben och tänder. Detta gör det användbart i medicinska implantat eftersom det troligtvis inte kommer att avvisas av kroppen och kan stimulera ytterligare tillväxt.
Att syntetisera mineralen är dock dyrt och Vissa metoder för att göra så producerar giftiga mellanliggande kemikalier. Hos däggdjur som människor utsöndras hydroxyapatit av specialiserade celler som kallas osteoblaster som drar in kalciumfosfat från kroppsvätskor. Men dessa celler lever inte så länge eller delar sig ofta, vilket gör att han utnyttjar dem på industriella skalor utmanande.
Släkt: Är hålrum ”smittsamma”? Tandhundningsjäst kan passera från mammor till spädbarn
För att hitta ett annat sätt att producera hydroxyapatit vände sig forskarna till Saccharomyces Boulardiien typ av jäst. Hittade på den skinn av tropiska frukter Liksom Lychee används jästarter ofta som probiotikum.
Genom att applicera några genetiska tweaks på denna jäst förvandlade forskarna den till det de kallar en ”osteoyeast” som bryter ner urea för att frigöra hydroxyapatit. Urea är en avfallsprodukt som bildas när kroppen bryter ner proteiner, och den filtreras sedan av njurarna och utsöndras i urin. Processen att omvandla urea ger ett gram hydroxyapatit för varje liter urin, rapporterade forskarna.
”Denna process för att ge hydroxyapatit, eller benmineral, tar mindre än en dag,” sade Kisailus. ”Det faktum att det använder jäst som ett chassi, som är billigt och kan placeras i stora fat vid relativt låga temperaturer – tänk på öl som görs via jäsningsprocesser och är väl skalade – visar att detta lätt kan göras utan stora infrastrukturbehov, och som har den extra fördelen att göra det tillgängligt för att utveckla ekonomier.”
Med sin metod demonstrerat undersöker forskarna nu sätt att få den att fungera i skala. De säger att de hoppas kunna tillämpa processen för att 3D-skriva ut hydroxyapatitbaserade material för implantat, plast, konstruktion och energiapplikationer.
