Dizler için Yeterince Güçlü, Kıkırdak Taklit Eden Jel Geliştirildi
Dizdeki kemikler arasındaki ince, kaygan kıkırdak tabakası büyülü bir şeydir. Bir kişinin kilosuna dayanacak kadar güçlü, ancak onlarca yıl boyunca tekrar eden eklemi darbeye karşı hafifletecek kadar yumuşak ve esnektir. Yumuşak ama güçlü olan bu kombinasyonun laboratuarda çoğaltılması zordu. Fakat şimdi, Duke Üniversitesi araştırmacıları, gerçek şeyin gücüne ve dayanıklılığına ilk uyan deney jeli oluşturduklarını söylüyorlar.
Materyal Jell-O’nun uzak bir kuzeni gibi görünebilir – ki bu – ama inanılmaz derecede güçlü. % 60 su, ancak tek çeyrek boyutlu bir disk, şeklini yırtmadan veya kaybetmeden 100 kiloluk bir kettlebell’in ağırlığını taşıyabilir.
Geliştiricileri, zamanla yıpranmadan çekmeye ve ağır yüklere ve insan kıkırdağına dayanabilen ilk hidrojel – su emici polimerlerden yapılmış bir malzeme – olduğunu söylüyor.
Duke kimyası ve malzeme bilim adamları Ben Wiley ve Ken Gall liderliğindeki araştırma, bir gün diz problemi olan insanlara hasarlı kıkırdak yerine ve her yıl ABD’de yapılan 600.000 diz protezi ameliyatına bir alternatif sunabilir.
Kemiklerin uçlarını örten ve birbirlerine karşı yumuşak bir şekilde kaymalarını sağlayan pürüzsüz kauçuksu bir doku, kıkırdak, her adımda (tipik olarak vücut ağırlığınızın iki ila üç katı arasında) büyük miktarda kuvvetin emilmesine yardımcı olur.
Bununla birlikte, kıkırdak da kendini iyileştirme ve onarma yeteneğine sahiptir. Duke’ta makine mühendisliği ve malzeme bilimi profesörü Gall, yaş, aşırı kullanım veya travma ile giyildikten sonra tedavisi zor olduğunu söyledi.
Sadece 20 yıl sürebilecek diz protezinden kaçınmak veya ertelemek isteyen hastalar için yapay kıkırdak yardımcı olabilir. Hidrojeller 1970’lerden beri kıkırdak ikamesi olarak kullanılmak üzere araştırılmıştır ve yumuşak kontakt lenslerde ve tek kullanımlık çocuk bezlerinde kullanılmaktadır. Araştırmacılar kaygan, şok emici özellikleri ve yakındaki hücrelere zarar vermedikleri için bu malzemelere ilgi duyuyorlar. Ama şimdiye kadar diz gibi yük taşıyan eklemlerde kullanmak için çok zayıf olduklarını kanıtladılar.
Duke ekibi bunu değiştirmek için yola çıktı. Duke’taki kimya profesörü Wiley, “Kıkırdağın mekanik özelliklerine sahip ilk hidrojeli yapmak için yola çıktık.” Dedi.
Yeni hidrojel iç içe iki polimer ağdan oluşur: biri esnek spagetti benzeri ipliklerden yapılmış, diğeri ise uzunlukları boyunca negatif yükleri olan daha sert ve sepet benzeri. Bunlar, üçüncü bir bileşen olan selüloz liflerinden oluşan bir ağ ile güçlendirilir.
Jel gerildiğinde, selüloz lifleri çekmeye karşı direnir ve malzemeyi bir arada tutmaya yardımcı olur. Sıkıldığında, sert polimer zincirleri boyunca negatif yükler birbirini iter ve suya yapışarak orijinal şekline geri dönmesine yardımcı olur.
Kimya doktora derecesini alan ortak yazar Feichen Yang, “Bu üç bileşenin sadece bu kombinasyonu hem esnek hem de sert ve dolayısıyla güçlüdür.” Dedi. Wiley laboratuvarında.
Araştırmacılar, ortaya çıkan materyali diğer hidrojellerle karşılaştırdıklarında, hem köreltme hem de germe altında kıkırdak kadar güçlü olan tek şeydi.
Bir deneyde, ekip onu 100.000 tekrar tekrar çekme döngüsüne maruz bıraktı ve malzeme tıpkı “ilk beklentilerimizi aşan” kemik implantları için kullanılan gözenekli titanyum kadar tutuldu. . laboratuarında kız öğrenci.
Ayrıca yeni malzemeyi milyonlarca kez doğal kıkırdağa da sürdüler. Pürüzsüz, kaygan kendi kendini yağlayan yüzeyinin gerçek şey kadar aşınmaya dayanıklı olduğunu ve şu anda ayak başparmağında kullanım için FDA onaylı sentetik kıkırdak implantlarından dört kat daha aşınmaya dayanıklı olduğunu buldular.
Wiley, malzemenin laboratuvardan kliniğe taşınmasının en az üç yıl daha alacağını söyledi. İlk güvenlik testleri, materyalin laboratuarda yetiştirilen hücreler için toksik olmadığını göstermektedir. Bir sonraki adım, koyunlarda test edebilecekleri bir implant tasarlamaktır.
Ancak ekip, sonunda araştırmanın diz ağrısı olan insanlar için yeni seçenekler sunabileceğini ve onları uzun iyileşme süreleri ve kıkırdak onarımı veya diz protezi ameliyatı ile ilişkili sınırlı ömür olmadan sevdikleri şeyleri yapmaya geri getirebileceğini söylüyor.
Kaynak : phys.org
