Vědci oznamují první gel napodobující chrupavku, který je dostatečně silný pro kolena

Všechny Novinky

Tenká, kluzká vrstva chrupavky mezi kostmi v koleni je kouzelná věc: dostatečně silná, aby vydržela váhu člověka, ale dostatečně pružná, aby tlumila kloub během nárazu z desítek let používání.

Tato kombinace měkkého a přesto silného se v laboratoři těžko reprodukovala - ale nyní vědci z Duke University tvrdí, že vytvořili experimentální gel, který jako první odpovídá síle a trvanlivosti skutečné věci.


Materiál může vypadat jako vzdálený bratranec Jell-O - což je - ale je neuvěřitelně silný. Přestože 60% vody, jeden čtvrtinový disk unese váhu 100-librového kettlebell, aniž by se roztrhl nebo ztratil svůj tvar.

Vývojáři tvrdí, že se jedná o první hydrogel - materiály vyrobené z polymerů absorbujících vodu - schopných odolat tahání a těžkým břemenům stejně jako lidské chrupavce, aniž by se časem opotřebovaly.

VÍCE: Bionické oko, stejně citlivé jako lidská sítnice, může poskytnout zrak milionům lidí

V čele s Duke chemickými a materiálovými vědci Ben Wiley a Ken Gall, The výzkum by jednoho dne mohlo vést k alternativě pro 600 000 pacientů, kteří každý rok hledají operaci náhrady kolenního kloubu v USA.


Chrupavka, hladká gumovitá tkáň, která zakrývá konce kostí a umožňuje jim hladký skluz proti sobě, pomáhá absorbovat obrovské množství síly s každým krokem - obvykle mezi dvojnásobkem a trojnásobkem vaší tělesné hmotnosti.

Chrupavka má však jen omezenou schopnost léčit se a sama se opravit. Jakmile je člověk opotřebovaný věkem, nadužíváním nebo traumatem, je těžké ho léčit, říká Gall, profesor strojírenství a vědy o materiálech na Duke.


Vědci společnosti Duke vyvinuli první syntetickou chrupavku na bázi gelu se silou skutečné. Čtvrtinový disk materiálu vydrží váhu 100-librového kettlebellu, aniž by se roztrhl nebo ztratil svůj tvar. Foto Feichen Yang.

U pacientů, kteří se chtějí vyhnout nebo odložit náhradu kolena, která může trvat jen 20 let, může pomoci umělá chrupavka. Hydrogely byly pro použití jako náhražky chrupavky prozkoumány od 70. let a používají se v měkkých kontaktních čočkách a jednorázových plenkách. Výzkumníky tyto materiály přitahují kvůli jejich kluzkým vlastnostem absorbujícím nárazy a proto, že nepoškozují okolní buňky. Ale dosud se ukázaly jako příliš slabé na to, aby mohly být použity v nosných kloubech, jako je koleno.

Vévodův tým se to rozhodl změnit. 'Vydali jsme se na výrobu prvního hydrogelu, který má mechanické vlastnosti chrupavky,' řekl Wiley, profesor chemie na Duke.

Nový hydrogel se skládá ze dvou vzájemně propletených polymerních sítí: jedna je vyrobena z pružných pramenů podobných špagetám a druhá je tužší a podobná košům se zápornými náboji po celé délce. Ty jsou vyztuženy třetí přísadou, síťovinou z celulózových vláken.

HODINKY: Barvy měnící barvy lze tisknout na oblečení, aby nositele varovaly před možnými zdravotními problémy


Když je gel napnutý, celulózová vlákna odolávají tahání a pomáhají držet materiál pohromadě. A když je stlačen, negativní náboje podél tuhých polymerních řetězců se navzájem odpuzují a lepí se na vodu, což jí pomáhá vracet se zpět do původního tvaru.

'Pouze tato kombinace všech tří složek je pružná a tuhá, a proto silná,' řekl spoluautor Feichen Yang, který získal chemický doktorát ve Wileyho laboratoři.

Když vědci porovnali výsledný materiál s jinými hydrogely, byl jejich jediný jediný, který byl silný jak chrupavka, jak pod pískováním, tak i protahováním.

V jednom experimentu jej tým podrobil 100 000 cyklům opakovaného tahání a materiál se držel stejně dobře jako porézní titan používaný pro kostní implantáty, „což překonalo naše původní očekávání,“ řekl spoluautor William Koshut, doktorand v laboratoř Gall.

PŘÍBUZNÝ: První studie zjistila, že svítí červené světlo víčkem po dobu 3 minut denně, což může posílit selhání zraku

Také miliónkrát otřeli nový materiál o přirozenou chrupavku. Zjistili, že jeho hladký, kluzký samomazný povrch je stejně odolný proti opotřebení jako skutečný a čtyřikrát odolnější proti opotřebení než implantáty ze syntetické chrupavky, které jsou v současné době schváleny FDA pro použití na palci na noze.

Přesun materiálu z laboratoře na kliniku by trval nejméně další tři roky, řekl Wiley. Počáteční bezpečnostní testy naznačují, že materiál je netoxický pro buňky pěstované v laboratoři. Dalším krokem je návrh implantátu, který mohou testovat na ovcích.

Ale tým říká, že nakonec by výzkum mohl nabídnout nové možnosti pro lidi s bolestmi kolena a přimět je zpět k tomu, aby dělali věci, které mají rádi, bez dlouhých dob zotavení a omezené životnosti spojené s opravou chrupavky nebo chirurgií náhrady kolena.

Přetištěno z Duke University -doporučená fotografie od chuttersnap

Podpořte duševní zdraví svých přátel sdílením této vzrušující zprávy na sociálních médiích ...