Kaulai ir implantai iš šlapimo? Mokslininkai kuria tai, kas iki šiol atrodė kaip mokslinė fantastika

Šį kartą mokslininkai žengė dar toliau. Jie įrodė, kad šlapimas gali tapti implantologijos ateitimi, tereikia šiek tiek pagalbos iš mielių.

Kalifornijos universiteto Irvaino mieste inžinierių komanda kartu su kolegomis iš Japonijos sukūrė sintetines mieles, kurios geba šlapime esančias medžiagas paversti hidroksiapatitu (HAp). Tai – natūralus kalcio fosfato mineralas, aptinkamas žmogaus kauluose ir dantyse. 

HAp plačiai naudojamas ne tik implantologijoje, bet ir archeologijoje bei biologiškai skaidomų medžiagų gamyboje. Šis procesas vienu metu padeda spręsti azoto junginių perteklių nuotekose ir sukuria komerciškai vertingą produktą, kurio rinkos vertė iki 2030 metų gali pasiekti 3,5 mlrd. JAV dolerių.

„Šis procesas vienu metu sprendžia dvi problemas – mažina taršą ir gamina vertingą medžiagą“, – aiškina prof. Davidas Kisailus iš Kalifornijos universiteto.

Kaip tai veikia? Mielės imituoja kaulų ląsteles

Gamtoje kaulus formuojančios ląstelės osteoblastai iš kūno skysčių išskiria hidroksiapatitą. Tačiau šio mechanizmo pramoninei gamybai nepakanka. Todėl mokslininkai sukūrė specialią mielių rūšį, vadinamą osteomielėmis. 

Šios mielės imituoja osteoblastų veiklą, bet veikia greičiau ir efektyviau. Mielės skaido karbamidą, taip padidindamos pH ir sukurdamos tinkamas sąlygas kalciui bei fosfatams kauptis ląstelės viduje, kur formuojasi HAp. Vėliau ši medžiaga išskiriama į išorę.

Pigi, greita ir prieinama implantų gamyba

Iš vieno litro šlapimo galima pagaminti apie 1 gramą HAp, o visas procesas trunka mažiau nei parą. Tai įgyvendinama itin mažomis sąnaudomis ir nereikalauja pažangios infrastruktūros, toks sprendimas gali būti ypač naudingas besivystančioms šalims. 

Mokslininkai pabrėžia, kad naudojamos mielės yra tokios pačios kaip alaus gamyboje ir rodo, jog technologija lengvai plečiama ir prieinama praktiškai visur.

Tyrėjai įsitikinę, kad tai gali atverti naują implantologijos etapą, ekologišką ir prieinamą visame pasaulyje, nepriklausomai nuo technologinių išteklių. Be to, hidroksiapatitas yra tik pradžia. 

Prof. Kisailus ir jo kolega prof. Yasuo Yoshikuni iš „Lawrence Berkeley“ laboratorijos jau dirba ties kitais eksperimentais, siekdami sukurti daugiau naudingų medžiagų, tarp jų ir energetikos pramonei.

„Deriname jo mielių platformą su mūsų 3D spausdinimo galimybėmis, kad kurtume sudėtingos struktūros ir daugiafunkcinius medžiagų sprendimus“, – sako Kisailus.