هیدروژلی که بهتر از غضروف عمل می‌کند

درد مفاصل به دلیل تمایل به فرسودگی غضروف، یکی از بیماری‌های شایع پیری است. غضروف طبیعی نقش مهمی در محافظت از مفاصل ایفا می‌کند، اما متأسفانه پس از آسیب ناشی از افزایش سن یا ضربه، خود را به خوبی بازسازی نمی‌کند.

گزینه‌های درمانی کنونی معمولاً محدود به دارو‌های ضد درد، فیزیوتراپی، یا اگر همه چیز بیش از حد پیشرفت کند، بازسازی کامل زانو است. اما اگر کار جدید تیم دوک به پایان برسد، ممکن است به زودی گزینه بهتری در دسترس باشد.

هیدروژل‌های نرم و انعطاف‌پذیر به‌عنوان مواد جایگزین غضروف بالقوه مورد بررسی قرار گرفته‌اند، اما بیشتر آن‌ها ضعیف‌تر از آن بوده‌اند، که تحمل وزن زیاد را داشته باشند. در سال ۲۰۲۰، تیم دوک یک هیدروژل ساخت که دارای خواصی بود که به خوبی غضروف طبیعی بود – و اکنون نسخه‌ای را توسعه داده‌اند که از حالت واقعی فراتر رفته است.

هیدروژل جدید از الیاف سلولزی تشکیل شده است که مواد را در حین کشش قوی می‌کند و حاوی پلی وینیل الکل است که به آن کمک می‌کند به شکل اولیه خود بازگردد.

این تیم روش تولید خود را نیز بهینه‌سازی کردند - به جای انجماد و ذوب آن، مانند اکثر هیدروژل‌ها، آن را مانند شیشه بازپخت کردند که باعث تشکیل کریستال بیشتر در شبکه پلیمری می‌شود. نتیجه نهایی یک هیدروژل با استحکام کششی (در مقابل کشش) ۵۱ مگا پاسکال (MPa) و مقاومت فشاری (در مقابل فشار) ۹۸ مگاپاسکال است.

تیم تحقیقاتی می‌گوید که هیدروژل دارای ۲۶ درصد استحکام کششی و ۶۶ درصد مقاومت فشاری بالاتر از غضروف طبیعی است. همچنین پنج برابر استحکام کششی و دو برابر مقاومت فشاری دیگر هیدروژل‌های ساخته شده از انجماد و ذوب است. دانشگاه دوک در آزمایش‌های دیگر این تیم، از دستگاهی برای مالش غضروف مصنوعی خود بر روی غضروف طبیعی، تحت فشاری مشابه فشار روی زانو در هنگام راه رفتن، استفاده کردند.

همچنین ثابت شد که نسخه مصنوعی سه برابر بیشتر از غضروف طبیعی در برابر سایش مقاوم است. هیدروژل‌ها از لحاظ تاریخی برای لنگر انداختن به استخوان در مفصل زانو دشوار بوده‌اند، بنابراین این تیم همچنین با یک دستگاه قابل کاشت برای رفع آن آزمایش کردند.

هیدروژل سیمان شده و به یک پایه تیتانیوم متصل می‌شود، سپس به سوراخی که توسط غضروف آسیب دیده باقی مانده است، متصل می‌شود. این هیدروژل دارای استحکام برشی ۲ مگاپاسکال است که ۶۸ درصد قوی‌تر از چسبیدن غضروف طبیعی به استخوان است.

ایمپلنت‌های ساخته شده از این ماده در حال حاضر روی گوسفند در حال آزمایش هستند و آزمایش‌های بالینی انسانی در آوریل ۲۰۲۳ دنبال می‌شود.

این تحقیق در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.