Laboratuarda üretilen yeni bir diz kıkırdağı, doğal kıkırdaktan %26 daha güçlü, gerginlikte yedi kuyruklu piyanoyu bir anahtarlıktan asmak gibi ve sıkıştırmada %66 daha güçlü; bu, bir arabayı posta pulu üzerine park etmeye benzer. (Kredi: Daniel Thiele/Unsplash)
Yeni bir araştırmaya göre, jel bazlı yeni bir diz kıkırdağı ikamesi, gerçek olandan daha güçlü ve daha dayanıklıdır.
Reçetesiz satılan ağrı kesiciler, fizik tedavi, steroid enjeksiyonları - bazı insanlar hepsini denedi ve hala diz ağrısıyla uğraşıyor.
Genellikle diz ağrısı, ilerici aşınma ve yıpranmadan kaynaklanır. kıkırdak dünya çapında yaklaşık altı yetişkinden birini (867 milyon insanı) etkileyen osteoartrit olarak bilinir. Tüm diz eklemini değiştirmekten kaçınmak isteyenler için yeni kıkırdak, hastaların hızlı, ağrısız bir şekilde ayağa kalkmasına ve bu şekilde kalmasına yardımcı olabilir.
dergisinde bildirildiği gibi Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler, mekanik testler, su emici polimerlerden yapılmış bir malzeme olan hidrojelin, doğal kıkırdaktan daha fazla kuvvetle preslenip çekilebildiğini ve aşınmaya ve yırtılmaya karşı üç kat daha dirençli olduğunu ortaya koyuyor.
Malzemeden yapılan implantlar şu anda Sparta Biomedical tarafından geliştirilmekte ve koyunlarda test edilmektedir. Araştırmacılar, gelecek yıl insanlarda klinik deneylere başlamak için hazırlanıyorlar.
Makine mühendisliği ve malzeme bilimi profesörü Ken Gall ile birlikte araştırmayı yöneten Duke Üniversitesi kimya profesörü Benjamin Wiley, “Her şey plana göre giderse, klinik deney Nisan 2023'te başlamalıdır” diyor.
Doğal diz kıkırdağı
Bu malzemeyi yapmak için ekip, ince selüloz elyaf tabakaları aldı ve bir jel oluşturmak için polivinil alkol adı verilen bir polimer - tekrar eden moleküllerin lifli zincirlerinden oluşan viskoz bir yapışkan madde ile aşıladı.
Selüloz lifleri şu şekilde davranır: Kolajen elyafları Wiley, doğal kıkırdakta gerildiğinde jele güç kattığını söylüyor. Polivinil alkol orijinal şekline dönmesine yardımcı olur. Sonuç, esnek ancak şaşırtıcı derecede güçlü olan %60 su içeren Jello benzeri bir malzemedir.
Doğal kıkırdak, kırılma noktasına ulaşmadan önce, sırasıyla, inç başına 5,800 ila 8,500 pound çekme ve ezme gibi bir kuyrukta dayanabilir. Laboratuar yapımı versiyon, daha da fazlasını kaldırabilen ilk hidrojeldir. Doğal kıkırdaktan %26, bir anahtarlıktan yedi kuyruklu piyanoyu askıya almak gibi bir gerginlikte ve sıkıştırmada %66 daha güçlüdür; bu, bir arabayı posta pulu üzerine park etmeye benzer.
Wiley, “Hidrojel gücü açısından gerçekten listelerin dışında” diyor.
Ekip, şimdiden olağanüstü özelliklere sahip hidrojeller üretti. 2020'de ilk hidrojeli yarattıklarını bildirdiler. dizler için yeterince güçlüHer adımda vücut ağırlığının iki ila üç katı kuvvetini hisseden.
Bununla birlikte, jeli kıkırdak değişimi olarak pratik kullanıma sokmak, ek tasarım zorluklarını beraberinde getirdi. Biri, kıkırdak gücünün üst sınırlarına ulaşmaktı. Atlama, akciğer atma veya merdiven çıkma gibi aktiviteler dizdeki kıkırdak üzerinde yaklaşık 10 Megapaskal veya inç kare başına yaklaşık 1,400 pound basınç uygular. Ancak doku kırılmadan önce bunun dört katına kadar sürebilir. Wiley, “İyileştirme için yer olduğunu biliyorduk” diyor.
Diz implantları sonsuza kadar sürmez
Geçmişte, daha güçlü hidrojeller oluşturmaya çalışan araştırmacılar, jel içinde suyu uzaklaştıran ve polimer zincirlerini bir arada tutmaya yardımcı olan kristaller üretmek için bir donma-çözülme işlemi kullandılar. Yeni çalışmada, hidrojeli dondurmak ve çözmek yerine araştırmacılar, polimer ağ içinde daha fazla kristal oluşturmak için tavlama adı verilen bir ısıl işlem kullandılar.
Araştırmacılar, kristal içeriğini artırarak, donma-çözülme yöntemlerine göre çekmeden beş kat daha fazla strese ve neredeyse iki kat daha fazla sıkmaya dayanabilen bir jel üretebildiler. Tavlanmış jelin geliştirilmiş gücü, ikinci bir tasarım sorununun çözülmesine de yardımcı oldu: onu ek yerine sabitlemek ve yerinde kalmasını sağlamak.
Kıkırdak, kemiklerin uçlarını kaplayan ince bir tabaka oluşturur, böylece birbirlerine sürtünmezler. Önceki çalışmalar, hidrojelleri doğrudan kemiğe veya kıkırdağa, kırılmalarını veya kaymalarını önlemek için yeterli güçle bağlayamamıştı. Bu yüzden Duke ekibi farklı bir yaklaşımla geldi.
Tutturma yöntemleri, hidrojeli çimentolama ve kenetlemeyi içerir. titanyum temel. Bu daha sonra preslenir ve hasarlı kıkırdağın olduğu bir deliğe sabitlenir. Testler, tasarımın kemiğe doğal kıkırdaktan %68 daha sıkı bir şekilde bağlı kaldığını gösteriyor.
Wiley, "Diz implantları için bir başka endişe, hem implantın hem de karşıt kıkırdağın zamanla aşınmasıdır" diyor.
'Tedavide dramatik değişiklik'
Diğer araştırmacılar, hasarlı kıkırdağı metal veya polietilenden yapılmış diz implantlarıyla değiştirmeyi denediler, ancak bu materyaller kıkırdaktan daha sert oldukları için dizin diğer kısımlarına sürtünebilirler.
Aşınma testlerinde, araştırmacılar yapay kıkırdak ve doğal kıkırdağı aldılar ve yürüme sırasında dizin deneyimlediğine benzer bir basınçla milyonlarca kez birbirlerine karşı döndürdüler.
Bilim adamları, mikro-bilgisayarlı tomografi (mikro-CT) adı verilen yüksek çözünürlüklü bir X-ışını tarama tekniğini kullanarak, laboratuvar yapımı versiyonlarının yüzeyinin gerçek şeyden üç kat daha iyi dayandığını buldular. Ancak hidrojel, gerçek kıkırdağın pürüzsüz, kaygan, yastıklı yapısını taklit ettiğinden, implanta karşı kayarken diğer eklem yüzeylerini sürtünmeden korur.
Doğal kıkırdak son derece dayanıklı bir malzemedir. Wiley, bir kez hasar gördüğünde, herhangi bir kan damarı olmadığı için iyileşme yeteneğinin sınırlı olduğunu söylüyor.
Amerika Birleşik Devletleri'nde, osteoartrit bugün bir asır öncesine göre iki kat daha yaygın. Konservatif tedaviler başarısız olduğunda cerrahi bir seçenektir. On yıllar boyunca cerrahlar, gevşek kıkırdağı çıkarmak veya yeni büyümeyi teşvik etmek için delikler açmak veya bir donörden sağlıklı kıkırdak nakletmek gibi bir dizi minimal invaziv yaklaşım geliştirdiler. Ancak tüm bu yöntemler aylarca rehabilitasyon gerektirir ve bunların bir kısmı zamanla başarısız olur.
Genellikle son çare olarak kabul edilen total diz protezi, ağrıyı hafifletmenin kanıtlanmış bir yoludur. Ancak yapay eklemler de sonsuza kadar sürmez. Wiley, özellikle daha sonra değiştirilmesi gereken bir cihaz için büyük ameliyatlardan kaçınmak isteyen genç hastalar için, "Orada çok iyi seçenekler yok" diyor.
Wiley, “Bunun, bu aşamadaki insanlar için tedavide dramatik bir değişiklik olacağını düşünüyorum” diyor.
Sparta Biyomedikal ve Duke Üniversitesi'ndeki Paylaşılan Malzemeler Enstrümantasyon Tesisi bu çalışmayı finanse etti. Wiley ve Gall, Sparta Biomedical'in hissedarlarıdır.
Kaynak: Duke Üniversitesi
İlgili Kitaplar:
Beden Skoru Tutar: Travmanın İyileşmesinde Beyin Zihin ve Beden
ile Bessel van der Kolk
Bu kitap, travma ile fiziksel ve zihinsel sağlık arasındaki bağlantıları araştırıyor, iyileşme ve iyileşme için içgörüler ve stratejiler sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Nefes: Kayıp Bir Sanatın Yeni Bilimi
James Nestor tarafından
Bu kitap, nefes alma bilimini ve pratiğini araştırıyor, fiziksel ve zihinsel sağlığı iyileştirmek için içgörüler ve teknikler sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Bitki Paradoksu: Hastalığa ve Kilo Almaya Neden Olan "Sağlıklı" Besinlerdeki Gizli Tehlikeler
Steven R. Gundry tarafından
Bu kitap diyet, sağlık ve hastalık arasındaki bağlantıları araştırıyor ve genel sağlık ve sıhhati iyileştirmek için içgörüler ve stratejiler sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Bağışıklık Kodu: Gerçek Sağlık ve Radikal Yaşlanma Karşıtı için Yeni Paradigma
kaydeden Joel Greene
Bu kitap, epigenetik ilkelerinden yararlanarak ve sağlık ve yaşlanmayı optimize etmek için içgörüler ve stratejiler sunarak sağlık ve bağışıklığa yeni bir bakış açısı sunuyor.
Daha fazla bilgi veya sipariş için tıklayın
Eksiksiz Oruç Rehberi: Aralıklı, Alternatif Gün ve Uzun Süreli Oruçla Vücudunuzu İyileştirin
Jason Fung ve Jimmy Moore tarafından
Bu kitap, genel sağlık ve sıhhati iyileştirmek için içgörüler ve stratejiler sunarak oruç bilimini ve uygulamasını araştırıyor.
