Converteixen l’orina humana en un material per a implants mèdics

Un nou mètode per alterar químicament l’orina humana es podria utilitzar per produir implants mèdics i fins i tot materials de construcció, segons els científics. L’eix de l’avenç és un llevat sintètic modificat genèticament: el procés converteix l’orina de les aigües residuals en una substància per a implants biomèdics i dentals d’alt valor.

Un equip de científics de la Universitat de Califòrnia a Irvine, en col·laboració amb el Lawrence Berkeley National Laboratory, als Estats Units, i altres institucions nord-americans i del Japó, ha presentat una innovadora estratègia per convertir l’orina humana en un valuós material d’implants mèdics, que a més es podria fer servir en la construcció i fins i tot en restauracions arqueològiques, entre altres usos. 

Segons el nou estudi, publicat a la revista ‘Nature Communications’, un llevat sintètic dissenyat genèticament per processar la urea de l’orina humana és capaç de generar hidroxiapatita, un mineral que compon ossos i integra l’esmalt dental, oferint una solució sostenible per a un residu que fins ara representava un passiu ambiental a les plantes de tractament d’aigües.

Rendiment superior a mètodes convencionals

La clau del mètode rau en la modificació genètica de ‘Saccharomyces boulardii’, una soca de llevat empleada freqüentment en fermentació alimentària. Els investigadors van introduir gens que codifiquen enzims d’ureasa i anhidrasa carbònica, i van permetre descompondre la urea present en l’orina, elevar el pH del mitjà i afavorir la precipitació d’ions de calci i fosfat. 

Aquestes condicions donen lloc a la nucleació i al creixement de vidres d’hidroxiapatita dins de vesícules intracel·lulars, on les característiques microambientals protegeixen el producte de contaminants i permeten produir un mineral d’alta puresa i dimensions nanomètriques.

El procés s’executa en bioreactors mantinguts a temperatures similars a les de la indústria cervesera, i que redueixen dràsticament la demanda energètica i la necessitat d’instal·lacions especialitzades. En proves de laboratori, el sistema va arribar a produir un gram d’hidroxiapatita per litre d’orina en menys de 24 hores.

Aquest rendiment supera amb escreix els resultats obtinguts pels mètodes químics tradicionals. En conseqüència, a més de simplificar la cadena de subministrament de materials per a implants, aquesta estratègia promet disminuir la càrrega de nitrogen i fòsfor en efluents urbans, i contribuir així a mitigar l’eutrofització de rius i llacs.

Hi ha dos avenços alhora

Els responsables de la investigació destaquen en una nota de premsa que la hidroxiapatita biosintetitzada presenta característiques pràcticament idèntiques al mineral ossi natural, i redueix el risc de rebuig immunològic i afavoreix la integració de l’implant amb el teixit pròxim. 

«Aquest procés aconsegueix dos objectius alhora: d’una banda, ajuda a eliminar l’orina humana dels fluxos d’aigües residuals, i mitiga la contaminació ambiental i l’acumulació de nutrients no desitjats i, d’altra banda, produeix un material que es pot comercialitzar per a l’ús en una àmplia varietat d’entorns», va destacar en el comunicat el professor David Kisailus, un dels autors de l’estudi.

Notícies relacionades

El mapa més gran de l’univers ja és a la xarxa: una finestra inèdita a l’origen i evolució de les galàxies

Primícia mundial: un implant cerebral permet parlar i cantar a una persona amb esclerosi lateral amiotròfica (ELA)

Aquest avenç té potencials aplicacions en sectors com l’ortopèdia i l’odontologia reconstructiva, on la demanda de materials de farcit biocompatibles creix any rere any. Així mateix, s’exploren vies per integrar la hidroxiapatita obtinguda en processos d’impressió 3D, amb l’objectiu de fabricar implants personalitzats d’acord amb l’anatomia de cada pacient.

Fora de la medicina i l’odontologia, el material pot trobar aplicacions en la construcció d’elements arquitectònics sostenibles i en la restauració de peces arqueològiques, tenint en compte el seu caràcter biodegradable i la seva resistència mecànica.