Разработан искусственный хрящ гель достаточно прочный для работы в коленях

На обложке – гидрогель под давлением 45-килограммовой гири.

Неудивительно, что ученые изо всех сил пытались найти искусственную замену естественному коленному хрящу: это удивительное биологическое вещество, которое сочетает в себе свойства мягкой подушки и жесткого барьера, которые защищают наши суставы ног.

Теперь похоже, что мы достигли долгожданного прорыва – исследователи думают, что они, наконец, разработали материал, который соответствует хрящу, обнаруженному в наших телах, и может быть использован в качестве замены после травм или в пожилом возрасте. Исследование было опубликовано в журнале Advanced Functional Materials две недели назад.

«Мы сделали первый гидрогель, который обладает механическими свойствами хряща», – говорит в заявлении автор исследования химик Бен Уайли из Университета Дьюка.

Значительное число людей может извлечь выгоду из чего-то подобного, так как в США ежегодно происходит более 790 000 операций по замене коленного сустава. В настоящее время эти замены – которые включают в себя довольно инвазивные операции – могут использоваться всего пару десятилетий, прежде чем их нужно будет заменить снова. Представьте себе, если бы вы могли заменить только изношенный или поврежденный хрящ, вместо того, чтобы вырывать весь коленный сустав.

Как и в случае других гидрогелей, основными ингредиентами этого нового материала являются водопоглощающие полимеры: в этом случае один полимер состоит из нитей, подобных спагетти, он переплетается с другим полимером, который менее гибок и более похож на корзину. Третий полимер, изготовленный из целлюлозных волокон, действует как сетка, удерживающая все вместе.

Когда материал растягивается, третий полимер сохраняет целостность геля. Когда сжимается, полимеры один и два – с отрицательными зарядами, проходящими вдоль их длины – отталкивают друг друга и прилипают к воде, так что первоначальная форма может быть восстановлена.

Гидрогель прошел испытания с высшими оценками в обеих этих критических категориях – растяжение и сжатие – и показал лучшую производительность, чем другие существующие гидрогели. 

«Только эта комбинация всех трех компонентов является одновременно и гибкой, и жесткой, и, следовательно, прочной», – говорит в заявлении автор исследования, материаловед Фейхен Янг, также из Университета Дьюка.

В тестах, в которых гидрогель втирался в естественный хрящ, было показано, что он настолько же устойчив к износу, как и настоящий, и более долговечен, чем искусственный хрящ, который используется сегодня при операциях на больших пальцах ног.

Однако, как утверждают исследователи, для получения одобрения для использования на людях этого нового гидрогеля может потребоваться до трех лет. До настоящего времени нетоксичность гидрогеля была проверена только в отношении выращенных в лаборатории клеток. Следующий шаг – посмотреть, можно ли его безопасно пересаживать овцам, и только после этого могут начаться испытания на реальных людях.

Тем не менее, в конечном счете, новый материал предлагает многообещающие возможности для тех, кто испытывает боль в колене: однажды они смогут восстановить сустав до полного рабочего состояния, без длительного восстановления или короткого срока службы заменяющего хряща. 

DOI: 10.1002/adfm.202003451