Тонкий, скользкий слой хряща, который покрывает концы костей в суставах и позволяет им плавно скользить друг о друга, обладает уникальными свойствами. Он может выдерживать большие нагрузки (обычно в два-три раза больше веса тела), оставаясь при этом достаточно мягким и гибким, чтобы защищать сустав. Однако хрящевая ткань имеет ограниченную способность к восстановлению. Поэтому ее повреждение или истончение, которое возникает из-за старения, чрезмерных нагрузок и травм очень трудно лечить. Людям с такими повреждениями раньше или позже приходится соглашаться на операцию по замене сустава. Но теперь, исследователи из Университета Дюка (Северная Каролина, США) создали экспериментальный гель, который полностью имитирует физические свойства хрящевой ткани и однажды сможет предложить людям с проблемами суставов альтернативу хирургической операции.[1]
В качестве искусственных хрящей гидрогели изучались еще в 1970-х годах прошлого века. Исследователей всегда привлекали эти материалы из-за их скользящих и амортизирующих свойств, а также потому, что они не наносили никакого вреда соседним клеткам. Однако до сих пор гидрогели оказывались слишком слабыми для использования в несущих суставах, например, в колене.
Новый гидрогель состоит из двух переплетенных полимерных сеток: одна сделана из эластичных нитей похожих на спагетти, а другая более жесткая напоминает корзину из отрицательно заряженных нитей. Они усилены третьим ингредиентом — сеткой из целлюлозных волокон. Когда гель растягивается, целлюлозные волокна сопротивляются растяжению и помогают удерживать материал вместе. А когда он сжимается, отрицательные заряды вдоль жестких полимерных цепей отталкиваются друг от друга и притягивают воду, помогая ей вернуться к своей первоначальной форме.
Только эта комбинация всех трех компонентов является одновременно и гибкой, и жесткой. Один диск гидрогеля размером с пятикопеечную монету может выдержать гирю весом 45 кг, не разрываясь и не теряя своей формы. К тому же в ходе экспериментов ученые подвергли материал 100 000 циклам повторного вытягивания, и материал выдержал это так же, как и пористый титан, используемый для костных имплантатов.
По словам ученых, путь нового материала из лаборатории в клинику займет как минимум три года. Следующим шагом исследователей является разработка имплантата, который они опробуют на овцах.
- Feichen Yang, Jiacheng Zhao, William J. Koshut, John Watt, Jonathan C. Riboh, Ken Gall, Benjamin J. Wiley. A Synthetic Hydrogel Composite with the Mechanical Behavior and Durability of Cartilage. Advanced Functional Materials, 2020; 2003451 DOI: 10.1002/adfm.202003451
