تا سال ۲۰۲۳ می‌توان از هیدروژلی که عملکرد بهتری از غضروف دارد در زانو‌های انسان استفاده کرد!

درد مفاصل به دلیل فرسوده شدن غضروف‌ها (استئوآرتریت)، یکی از بیماری‌های شایع پیری است. اکنون، محققان دانشگاه دوک یک هیدروژل جدید ساخته‌اند که قوی‌تر و بادوام‌تر از بافت غضروف انسانی است و می‌تواند ماندگاری بیشتری هنگام کاشت زانو داشته باشد.

غضروف طبیعی نقش مهمی در محافظت از مفاصل ایفا می‌کند، اما متأسفانه پس از آسیب ناشی از افزایش سن یا آسیب، نمی‌تواند  به خوبی  توسط خود بدن ترمیم و بازسازی شود. گزینه‌های درمانی کنونی معمولاً محدود به دارو‌های ضد درد، فیزیوتراپی، یا در موارد پیشرفته، بازسازی کامل زانو knee reconstruction  است. اما اگر کار جدید تیم دوک به نتیجه نهایی برسد، ممکن است به زودی گزینه بهتری در دسترس باشد.

هیدروژل‌های نرم و انعطاف‌پذیر به‌عنوان مواد جایگزین غضروف به صورت بالقوه مورد بررسی قرار گرفته‌اند، اما اکثر آن‌ها برای تحمل وزن بسیار ضعیف‌تر از غضروف بوده‌اند.

اما در سال ۲۰۲۰، تیم دوک یک هیدروژل ساخت که دارای تحملی به خوبی غضروف طبیعی بود  و اکنون آنها نسخه‌ای را توسعه داده‌اند که از حالت واقعی هم بهتر است!

هیدروژل جدید از الیاف سلولزی تشکیل شده است که هنگام کشیده شدن و تحت فشار قرار گرفتن، قوی‌تر می‌شود و حاوی پلی وینیل الکل است که به آن کمک می‌کند به شکل اولیه خود بازگردد. این تیم همچنین روش تولید خود را بهینه‌سازی کردند و به جای انجماد و ذوب آن مانند اکثر هیدروژل‌ها، آن‌ها آن را مانند شیشه بازپخت کردند، که باعث تشکیل کریستال بیشتری در شبکه پلیمری می‌شود.

نتیجه نهایی یک هیدروژل با استحکام کششی ۵۱ مگا پاسکال (MPa) و مقاومت فشاری (در مقابل فشار) ۹۸ مگاپاسکال است. این تیم می‌گوید که این یعنی ۲۶ درصد استحکام کششی و ۶۶ درصد استحکام فشاری بالاتر از غضروف طبیعی!

به عبارت دیگر این هیدروژل، پنج برابر استحکام کششی و دو برابر مقاومت فشاری بیشتر نسبت به هیدروژل‌های دیگر دارد.

در آزمایش‌های دیگر، این تیم از دستگاهی برای مالش غضروف مصنوعی خود بر روی غضروف طبیعی، تحت فشار مشابه فشار روی زانو در هنگام راه رفتن، استفاده کردند و دوباره، ثابت شد که نسخه مصنوعی سه برابر بیشتر از غضروف طبیعی در برابر سایش مقاوم است!

تا حالا استفاده از هیدروژل در مفصل زانو خیلی دشوار بود، بنابراین محققان راهی برای استفاده از آن در روی یک مفصل مصنوعی قابل کاشت آزمایش کرده‌اند.

در این روش هیدروژل سیمانی شده  به یک پایه تیتانیومی چسبانده می‌شود، که سپس در حفره غضروف برداشته شده، قرار داده می‌شود.

این محققان می‌گویند که ایمپلنت‌های ساخته‌شده از این ماده در حال حاضر روی گوسفند در حال آزمایش هستند و آزمایش‌های بالینی انسانی در‌آوریل ۲۰۲۳ انجام می‌شود.

این تحقیق در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده.

منبع: دانشگاه دوک