Naukowcy z Duke University w Karolinie Północnej opracowali eksperymentalny żel, który ma taką samą wytrzymałość i elastyczność jak ludzka tkanka chrzęstna. Odkrycie to może w przyszłości znaleźć zastosowanie w ortopedii i transplantologii.

Nowatorski projekt

Badacze z amerykańskiego ośrodka stworzyli pierwszy hydrożel, który podobnie jak ludzka chrząstka może być poddawany rozciąganiu i znacznym naciskom i nie ulega przy tym zużywaniu się. Pomimo tego że składa się w 60 proc. z wody, krążek hydrożelu wielkości monety jest na tyle wytrzymały, że może zostać obciążony 50-kilogramowym ciężarem i nie ulegnie rozerwaniu ani trwałemu odkształceniu.

Jak tłumaczy prof. Benjamin J. Wiley z Wydziału Chemii Duke University, jeden z głównych autorów projektu, celem badań było opracowanie materiału, który będzie jak najlepiej imitował właściwości naturalnej tkanki:

– Chcieliśmy stworzyć pierwszy hydrożel, który miałby mechaniczne właściwości ludzkiej chrząstki.

Dwie sieci polimerowe

Opracowany przez naukowców z Duke University materiał składa się z dwóch połączonych ze sobą sieci polimerowych. Jedna składa się z elastycznych, przypominających nitki makaronu włókien, natomiast druga jest sztywniejsza, zaś strukturą przypomina koszyk. Na powierzchni drugiej warstwy znajdują się ładunki ujemne. Obie warstwy są wzmocnione trzecim elementem – siatą z włókien celulozowych.

Kiedy żel poddawany jest rozciąganiu, włókna celulozy stawiają opór i utrzymują materiał w całości. Natomiast w momencie, kiedy żel ulega naciskowi, ujemne ładunki na powierzchni twardych łańcuchów polimerowych odpychają się nawzajem i przyczepiają do zawartych w materiale cząsteczek wody, dzięki czemu hydrożel może powrócić do pierwotnej formy po odkształceniu.

Jak tłumaczy dr Feichen Yang z Wydziału Chemii Duke University, który brał udział w badaniach:

– Tylko kombinacja tych trzech składników zapewnia jednocześnie elastyczność i twardość materiału, dzięki czemu jest on tak wytrzymały.

Autorzy projektu wskazują, że w badaniach laboratoryjnych opracowany przez nich hydrożel wykazał podobną wytrzymałość co porowaty tytanowy materiał wykorzystywany do implantów kości. Wstępne testy dowiodły także, że hydrożel nie wykazuje toksyczności wobec hodowanych w warunkach laboratoryjnych komórek.

Przełom w ortopedii i chirurgii

Jak tłumaczą naukowcy z Duke University, sztuczna chrząstka może znaleźć wiele zastosowań w ortopedii i chirurgii. W przypadku pacjentów, którzy z powodu różnych schorzeń lub urazów wymagają rekonstrukcji stawu kolanowego, zastosowanie syntetycznego zamiennika chrząstki mogłoby odsunąć w czasie lub zlikwidować konieczność przeprowadzenia zabiegu chirurgicznego.

Naukowcy wskazują, że w samych tylko Stanach Zjednoczonych co roku przeprowadza się 600 tys. operacji stawu kolanowego. Opracowany przez nich materiał mógłby znacząco zmniejszyć liczbę tych zabiegów i pozwolić wielu pacjentom na szybszą, mniej powikłaną rekonwalescencję.

Źródło: https://www.sciencedaily.com/

Przeczytaj także: Ekspert: depresja u mężczyzn może wywoływać agresję