Las técnicas de regeneración ósea de hoy en día se basan en el andamiaje, que proporciona un sistema de apoyo donde el tejido nuevo puede crecer. Douglas M. Fox, PhD, profesor asociado de química de la American University, ha desarrollado un método sencillo para mejorar el rendimiento de los nanocristales de celulosa para que puedan ser utilizados en estos tratamientos, así como en otras aplicaciones diferentes del área de la salud, como son el transporte, infraestructura y energía.
"Cuando cultivamos células en los andamios a base de nanocristales de celulosa, los resultados preliminares mostraron un notable potencial de los andamios tanto para sus propiedades mecánicas como para la respuesta biológica", dijo Martin Chiang, Jefe del proyecto de Biomaterials for Oral Health of the National Institute of Standards and Technology (NIST). "Esto sugiere que los andamios con concentraciones adecuadas de nanocristales de celulosa son un enfoque prometedor para la regeneración ósea."
Los nanocristales de celulosa representan la materia molecular de toda la vida vegetal. Según los investigadores, se pueden mezclar con plásticos y otros sintéticos. También son tan fuertes como el acero, resistentes como el vidrio, ligeros y respetuosos con el medio ambiente.
"Si llega el momento en que se usen ampliamente en la fabricación, los nanocristales de celulosa disminuirán el peso de los materiales, lo que reducirá la energía," dijo Fox, quien presentó una patente para su trabajo.
La celulosa da fuerza a los tallos, hojas y otros materiales orgánicos. En el nivel nano, las fibras de celulosa pueden descomponerse en diminutos cristales menores de 10 millonésimas de metro. Los investigadores pueden preparar cristales de diferentes tamaños y fuerzas derivando la celulosa de fuentes naturales como: la madera, el tunicado (pepinos de mar que viven en los océanos) y ciertos tipos de bacterias.
El reto está en encontrar la cantidad correcta de interacción nanopartícula-matriz que produce la propiedad más fuerte pero más ligera. Fox resolvió este problema mediante la alteración de la química superficial de nanocristales a través de intercambio iónico, reduciendo la absorción de agua, ya que los compuestos de celulosa pierden fuerza si absorben el agua, aumentando la temperatura a la que se descomponen los nanocristales, reduciendo la aglomeración y mejorando la re-dispersión después de que los cristales se sequen.
Experimentando con nanocristales modificados de Fox, los investigadores del NIST fueron capaces de dispersar nanocristales en andamios para propósitos de regeneración dental. Otros proyectos están investigando su uso en la sustitución de plástico reforzado con vidrio en aviones, automóviles y turbinas eólicas. Además, Fox está trabajando con Vireo Advisors y NIST para caracterizar la salud y seguridad de nanocristales de celulosa y nanofibras.
"A medida que continuamos demostrando que estos nanomateriales son seguros y facilitan su dispersión en una variedad de materiales, nos acercamos a utilizar el polímero químicamente resistente, fuerte y abundante de la naturaleza en productos cotidianos," dijo Fox.