Die Realversion von „Taiyi Zhenren“ ist online: Die Lotuswurzel, die Nezha hilft, seinen Körper zu formen, kann auch Ihre Knochen reparieren!

Seit seiner Veröffentlichung am 29. Januar erfreut sich „Nezha 2“ ungebrochener Beliebtheit. Unter ihnen kann die Handlung, in der Taiyi Zhenren Lotuswurzelpulver verwendet, um die Körper von Nezha und Ao Bing neu zu formen, als eine der Schlüsselhandlungen des Films bezeichnet werden.

Bildquelle: Nezha: Der Teufelsjunge besiegt den Drachenkönig

Aber können Sie sich das vorstellen? Dieses Wunder, das nur in Mythen zu existieren scheint, ist Wirklichkeit geworden.

Das wissenschaftliche Forschungsteam der Technischen Universität Wuhan widmet sich seit mehr als zehn Jahren der Erforschung von Lotuswurzeln und hat es schließlich geschafft, „den Körper mit Lotuswurzeln neu zu formen“ – indem es die Fasern der Lotuswurzel zur Unterstützung der Knochenreparatur einsetzt. Schauen wir uns an, wie das geht.

01. Das Geheimnis der Knochenreparatur durch Lotuswurzelfasern: natürlich abbaubares bionisches Skelett

Kürzlich verwendete ein Team der Technischen Universität Wuhan Lotuswurzelfasern als Rohmaterial und nutzte, abhängig vom Zustand der Knochenverletzung des Patienten, hochpräzise 3D-Drucktechnologie, um eine spezifische Anpassung der Knochengerüste zu erreichen.

Diese maßgeschneiderten Knochengerüste verfügen nicht nur über eine hohe Porosität und mechanische Festigkeit, sondern die Porengröße und -dichte können auch an die spezifischen Bedingungen des Patienten angepasst werden. Nach der Implantation in den menschlichen Körper können sie die Knochenzellvermehrung wirksam fördern und die Selbstreparatur geschädigten Knochengewebes beschleunigen.

Herstellungsprozess des Lotuswurzelfaser-Knochengerüsts

Bildquelle: Changjiang Cloud News

Tatsächlich umfasst der Reparaturmechanismus dieses Lotusfaser-Knochengerüsts hauptsächlich zwei Kernelemente: Strukturbionik und dynamischen Abbau.

1. Strukturbionik

Die poröse Struktur der Lotuswurzelfaser ist zu 90 % mit der Mikroumgebung des menschlichen Knochengewebes kompatibel . Diese bionische Struktur bietet nicht nur ein „Gerüst“, an dem sich Knochenzellen anheften und wachsen können – Knochenzellen wachsen entlang des maßgeschneiderten Gerüsts aus Lotuswurzelfasern –, sondern die miteinander verbundenen Kanäle im Gerüst können auch den Transport von Nährstoffen fördern. In Tierversuchen erreichte die Heilungsrate von mit Gerüsten implantierten Frakturstellen in nur 8 Wochen 95 % , und die Festigkeit des neuen Knochens war mit der des natürlichen Knochens vergleichbar.

Schematische Darstellung des Knochengerüsts aus Lotuswurzelfasern zur Reparatur von Knochenschäden. Quelle: Changjiang Cloud News

2. Dynamische Degradation

Lotuswurzelfasern weisen eine ausgezeichnete Biokompatibilität auf und werden nach einer gewissen Zeit im menschlichen Körper auf natürliche Weise abgebaut. Die Abbaurate des Lotusfaser-Knochengerüsts kann durch chemische Modifikation (6 Monate bis 2 Jahre) präzise gesteuert werden und ist mit der Geschwindigkeit der Knochenregeneration synchronisiert. Dadurch können die Probleme des „vorzeitigen Versagens“ oder des „langfristigen Festsetzens“ herkömmlicher Materialien vermieden werden und es ist keine zweite Operation zur Entfernung erforderlich.

02. Der Grund, warum Lotuswurzelfasern zu einer „Wunderwaffe“ für die Knochenreparatur geworden sind

Jedes Jahr werden weltweit mehr als 350 Millionen Patienten wegen orthopädischer Erkrankungen wie Frakturen und Knochendefekten behandelt. Herkömmliche Behandlungsmethoden, darunter Metallnägel, Implantate aus Titanlegierungen usw., können die Schmerzen der Patienten bis zu einem gewissen Grad lindern, weisen jedoch auch offensichtliche Mängel auf. Beispielsweise können metallische Materialien nach der Implantation in den menschlichen Körper Abstoßungsreaktionen hervorrufen, die zu chronischen Entzündungen führen. Diese starren Implantate können die Elastizität der Knochen nur schwer simulieren und können die Gelenkbewegung einschränken . Noch problematischer ist, dass das Implantat nach der Genesung des Patienten in einer zweiten Operation entfernt werden muss, was die Schmerzen und die finanzielle Belastung erhöht [1].

Implantate aus Titanlegierungen Bildquelle: Referenz [1]

Diese Probleme haben Wissenschaftler dazu veranlasst, in der Natur nach idealeren Biomaterialien zu suchen. Unter den vielen Pflanzen, die natürliche Ballaststoffe enthalten, sticht die Lotuswurzel vor allem aufgrund ihrer perfekten Kombination aus Struktur, Zusammensetzung und Eigenschaften hervor.

Strukturelle Vorteile : Lotuswurzelfasern haben eine hochporöse Mikrostruktur mit entsprechender Porengröße, die die Zelladhäsion und -migration während des kontrollierten Abbaus unterstützen kann und gleichzeitig über entsprechende mechanische Eigenschaften verfügt.

Vorteile der Inhaltsstoffe : Lotuswurzelfasern enthalten 12–15 % Zellulose, die nach der Nanoverarbeitung Faserbündel mit einem Durchmesser von 30–50 nm bilden können. Die Hydroxylgruppen auf seiner Oberfläche können Calciumionen aufnehmen und so die Knochenmineralisierung fördern.

Mechanische Anpassung : Die Druckfestigkeit der Lotuswurzelfasern (10–15 MPa) entspricht der der menschlichen Spongiosa (4–12 MPa) und ihre Zugdehnbarkeit erreicht 20 %, was die Elastizität und Zähigkeit von Knochen simulieren kann [2].

Oberflächenmorphologie und Querschnitt der Lotuswurzelfaser. Quelle: Referenz [2]

03. Mehrdimensionale Anwendung von Lotuswurzelfasern

Neben der Knochenreparatur werden Lotuswurzelfasern aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in vielen Bereichen eingesetzt.

Im medizinischen Bereich können Lotuswurzelfasern zur Behandlung von Verbrennungen und Verbrühungen eingesetzt werden . Durch die Verwendung von mit Silberionen beschichteten Lotuswurzelfaserverbänden kann die Heilungszeit von Brandwunden im Vergleich zu herkömmlicher Gaze auf ein Drittel verkürzt werden. Darüber hinaus können Lotuswurzelfasern auch zur Nervenreparatur verwendet werden . Faserbündel mit einem Durchmesser von 10–20 Mikrometern können die Axonregeneration steuern und so die Wiederherstellung der motorischen Funktion von Patienten mit Rückenmarksverletzungen um 2–3 Stufen verbessern.

Darüber hinaus sind Lotuswurzelfasern auch ein gutes, umweltfreundliches Material. Das biologisch abbaubare Verpackungsmaterial, das aus landwirtschaftlichen Abfällen von Lotuswurzelknoten entwickelt wurde, kostet nur ein Fünftel des Preises von Kunststoff. Diese innovative Anwendung verringert nicht nur das Problem der landwirtschaftlichen Abfallentsorgung, sondern trägt auch zum Umweltschutz bei.

Auch im Bereich der intelligenten Sensorik weisen Lotuswurzelfasern großes Potenzial auf. Wissenschaftler verwenden Lotuswurzelfasern mit einem Durchmesser von 5 Mikrometern, um den pH-Wert des Magensafts und die Aktivität von Helicobacter pylori mit einer Genauigkeit zu bestimmen, die die herkömmlicher Sensoren übertrifft [3].

Schematische Darstellung der Sensorik der Lotuswurzelfasern. Quelle: Referenz [3]

Heute wird der alten Metapher „Der Seidenfaden bleibt verbunden, obwohl die Lotuswurzel gebrochen ist“ durch die Interpretation moderner Technologie neues Leben eingehaucht. Das Knochengerüst aus Lotuswurzelfasern stellt nicht nur einen Durchbruch auf dem Gebiet der Medizin und Materialwissenschaft dar, sondern offenbart auch die tiefe Resonanz zwischen Natur und menschlicher Weisheit. Die Forscher sagten: „Die Zukunft der Medizin könnte in der Vorstellung unserer Vorfahren von einer Lotuswurzel verborgen sein.“

Verweise

[1] Zhen Zhen, Wang Jian, Xi Tingfei et al. Anwendungsstatus von 3D-gedruckten orthopädischen Titanimplantaten[J]. Chinesisches Journal für Biomedizintechnik, 2019, 38(02): 240-251.

[2] Dai Tianjiao, Gu Haoshuai, Xu Huilan et al. Vergleich der Struktur und Eigenschaften verschiedener Lotuswurzelfasern mit Ramie- und Baumwollfasern [J]. Shanghai Textile Science & Technology, 2021, 49(02): 6-9. DOI: 10.16549/j.cnki.issn.1001-2044.2021.02.002.

[3]Yang,

Autor: Liu Shixin, Masterstudent, Abteilung für Materialwissenschaften, Fudan-Universität

Planung: Regen

Herausgeber: Tinker Bell

Danksagungen: Professor Ma Ruguang von der School of Materials Science and Engineering, Suzhou University of Science and Technology; und Yu Luchao, leitender Arzt der Abteilung für Orthopädie des Putuo-Krankenhauses der Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, lieferte die wissenschaftliche Beratung für diesen Artikel.

Titelbild: Nezha: Der Teufelsjunge besiegt den Drachenkönig

Dieses Projekt wurde vom Science Popularization Project der Shanghai Science and Technology Commission (Projektnummer: 24DZ2304000) unterstützt.