New strategies for bone graft materials

Millions of people worldwide suffer from pathologies associated with bone loss and bone defects, and the treatment of bone loss remains a major challenge in orthopedic surgery because of the limitations including donor site morbidity, viral transmission, immunologic incompatibility, long rehabilitation time and structural failure. The need for new strategies for the treatment of bone defects is therefore urgent. The ideal bone graft material must: (i) match the mechanical properties of healthy bone; (ii) be biocompatible and promote healing and (iii) degrade and resorb over time so healthy bone can take over. To this day, there is no synthetic material that can fulfill these three requirements simultaneously. The purpose of this project is to create a new toughened multilayered bone graft material consisting of calcium sulfate and gelatin that is assembled layer-by layer. All components of this material are fully biocompatible, resorbable. The high mineral content provides stiffness, while the weaker protein layers can deflect incoming cracks, a powerful toughening mechanism exploited in advanced engineering ceramics. As a result, this multilayered bone graft material is sixty times tougher than pure calcium sulfate. The proposed technology thus overcomes the limitations of current bone graft materials. The implication is that this material can be used to fabricate load-carrying grafts, as opposed to traditional calcium phosphates/sulfates which are too brittle. This proposed bone graft will therefore have significant impact on restoring functionality and quality of life in patients.%%%%Des millions de personnes dans le monde souffrent de pathologies associees avec les pertes osseuses et les defauts osseux, dont les traitements demeurent un defi majeur en chirurgie orthopedique a cause des limitations comme la morbidite de la region donneuse, la transmission de virus, l'incompatibilite immunologique, le temps de rehabilitation et la fracture structurelle. Le besoin de nouvelles strategies pour le traitement des defauts osseux est donc urgent. Le materiau ideal de greffe osseuse doit : (i) Avoir les memes proprietes mecaniques que l'os sain ; (ii) Etre biocompatible et promouvoir la guerison et (iii) se degrader et se resorber au cours du temps afin d'etre remplace par de l'os sain. A ce jour, il n'y a pas de materiau synthetique remplissant ces trois criteres de facon simultanee. L'objectif de ce projet est de creer un nouveau materiau de greffe osseuse tenace dont la structure est composee de couches de sulfate de calcium et de gelatine. Tous les composants de ce materiau sont biocompatibles et resorbables. La haute teneur en mineral procure la rigidite, pendant que les couches de proteines souples permettent de devier les fractures, un mecanisme de renforcement utilise dans les ceramiques d'ingenierie. Ainsi, ce materiau de greffe osseuse multicouche est soixante fois plus tenace que le sulfate de calcium pur. La technologie proposee depasse de ce fait les limitations des materiaux de greffes osseuses couramment…