Egy új, laboratóriumban készített térdporc feszültségben 26%-kal erősebb, mint a természetes porc, olyasmi, mintha hét zongorát felfüggesztenének egy kulcstartóra, és 66%-kal erősebb a tömörítésben – ami olyan lenne, mintha egy autót leparkolnánk egy postai bélyegre. (Hitel: Daniel Thiele/Unsplash)
Egy új tanulmány szerint egy új, gél alapú térdporcpótló erősebb és tartósabb, mint a valódi.
Vény nélkül kapható fájdalomcsillapítók, fizikoterápia, szteroid injekciók – egyesek már mindent kipróbáltak, és még mindig térdfájdalmakkal küzdenek.
A térdfájdalmat gyakran a progresszív kopás okozza porcogó osteoarthritis néven ismert, amely csaknem minden hatodik felnőttet – 867 millió embert – érint világszerte. Azok számára, akik szeretnék elkerülni a teljes térdízület cseréjét, az új porc hamarosan segíthet a betegeknek abban, hogy gyorsan, fájdalommentesen talpra álljanak, és így is maradjanak.
Amint azt a folyóiratban jelentették Fejlett funkcionális anyagok, a mechanikai tesztelés során kiderül, hogy a hidrogél – egy vízelnyelő polimerekből készült anyag – nagyobb erővel nyomható és húzható, mint a természetes porc, és háromszor jobban ellenáll a kopásnak.
Az anyagból készült implantátumokat jelenleg a Sparta Biomedical fejleszti, és birkákon teszteli. A kutatók arra készülnek, hogy jövőre megkezdjék az embereken végzett klinikai vizsgálatokat.
„Ha minden a tervek szerint halad, a klinikai vizsgálatot 2023 áprilisában el kell kezdeni” – mondja Benjamin Wiley, a Duke Egyetem kémiaprofesszora, aki Ken Gall-lal, a gépészmérnöki és anyagtudományi professzorral együtt vezette a kutatást.
Természetes térdporc
Ennek az anyagnak az elkészítéséhez a csapat vékony cellulózszálakat vett fel, és polivinil-alkoholnak nevezett polimerrel – viszkózus, ismétlődő molekulák szálkás láncaiból álló – átitatta őket, hogy gélt képezzenek.
A cellulózszálak úgy viselkednek, mint a kollagén rostok Wiley szerint a természetes porcokban – nyújtják a gél szilárdságát. A polivinil-alkohol segít visszanyerni eredeti formáját. Az eredmény egy Jello-szerű anyag, 60% víz, amely rugalmas, ugyanakkor meglepően erős.
A természetes porc 5,800-8,500 font/hüvelyknyi rángatást, illetve összenyomódást képes ellenállni, mielőtt elérné a töréspontját. A laboratóriumban készült változat az első olyan hidrogél, amely még többet is képes kezelni. Feszültségében 26%-kal erősebb, mint a természetes porc, olyasmi, mintha hét zongorát akasztana fel a kulcstartóra, és 66%-kal erősebb a tömörítésben – ami olyan, mintha egy autót egy postai bélyegre parkolnánk.
„A hidrogél szilárdságát tekintve valóban lemaradt a listáról” – mondja Wiley.
A csapat már készített figyelemre méltó tulajdonságokkal rendelkező hidrogélt. 2020-ban arról számoltak be, hogy létrehozták az első hidrogélt elég erős a térdhez, amelyek minden lépésnél a testsúly két-háromszorosának erejét érzik.
A gél gyakorlati felhasználása porcpótlásként azonban további tervezési kihívásokat jelentett. Az egyik a porc erejének felső határának elérése volt. Az olyan tevékenységek, mint az ugrálás, kitörés vagy lépcsőzés, mintegy 10 megapascal nyomást gyakorolnak a térd porcikájára, vagyis körülbelül 1,400 font/négyzethüvelyk. De a szövet ennek akár négyszeresét is igénybe veheti, mielőtt eltörik. „Tudtuk, hogy van még mit javítani” – mondja Wiley.
A térd implantátumok nem tartanak örökké
A múltban a kutatók, akik erősebb hidrogélek létrehozására törekedtek, fagyasztás-olvasztás eljárást alkalmaztak a gélben lévő kristályok előállítására, amelyek kivezetik a vizet és segítenek összetartani a polimer láncokat. Az új tanulmányban a kutatók a hidrogél fagyasztása és felolvasztása helyett hőkezelést alkalmaztak, amelyet hőkezelésnek neveztek, hogy még több kristályt hozzon létre a polimer hálózaton belül.
A kristálytartalom növelésével a kutatók olyan gélt tudtak előállítani, amely a fagyasztás-olvasztás módszerekhez képest ötször annyi húzásból eredő feszültséget és közel kétszer akkora összenyomást tud ellenállni. A lágyított gél megnövelt szilárdsága egy második tervezési kihívás megoldásában is segített: rögzíteni a kötéshez, és a helyén maradni.
A porc vékony réteget képez, amely befedi a csontok végeit, így azok nem csiszolódnak egymáshoz. Korábbi tanulmányok nem tudták a hidrogélt közvetlenül a csonthoz vagy porchoz olyan erősen rögzíteni, hogy megakadályozzák azok kilazulását vagy lecsúszását. Így a Duke csapata más megközelítést dolgozott ki.
Rögzítési módszerük a hidrogél cementezése és rögzítése a titán bázis. Ezt azután megnyomják és egy lyukba rögzítik, ahol a sérült porc korábban volt. A tesztek azt mutatják, hogy a minta 68%-kal erősebben rögzítve marad, mint a természetes porc a csonton.
"A térdimplantátumok másik problémája az idő múlásával való kopás, mind az implantátum, mind az ellentétes porc" - mondja Wiley.
"Drámai változás a kezelésben"
Más kutatók megpróbálták a sérült porcot fémből vagy polietilénből készült térdimplantátumokkal helyettesíteni, de mivel ezek az anyagok merevebbek, mint a porc, a térd más részeit is kidörzsölhetik.
A kopási tesztek során a kutatók mesterséges és természetes porcot vettek fel, és milliószor egymáshoz forgatták őket, hasonló nyomással, mint amit a térd járás közben tapasztal.
A mikro-számítógépes tomográfiának (mikro-CT) nevezett nagy felbontású röntgensugaras szkennelési technikát alkalmazva a tudósok megállapították, hogy a laboratóriumban készített változatuk felülete háromszor jobban bírja, mint a valódi. Mégis, mivel a hidrogél utánozza a valódi porcok sima, csúszós, párnázott jellegét, megvédi a többi ízületi felületet a súrlódástól, amikor azok az implantátumon csúsznak.
A természetes porc rendkívül tartós anyag. De ha egyszer megsérült, korlátozott a gyógyulási képessége, mert nincsenek benne véredények, mondja Wiley.
Az Egyesült Államokban, osteoarthritis ma kétszer olyan gyakori, mint egy évszázaddal ezelőtt. A sebészet egy lehetőség, ha a konzervatív kezelések sikertelenek. Az évtizedek során a sebészek számos minimálisan invazív megközelítést fejlesztettek ki, mint például a meglazult porc eltávolítása, lyukak kialakítása az új növekedés serkentésére, vagy az egészséges porc átültetése donorból. De mindezek a módszerek hónapokig tartó rehabilitációt igényelnek, és bizonyos százalékuk idővel sikertelen.
Általában végső megoldásnak tekintik, a teljes térdprotézis a fájdalomcsillapítás bevált módja. De a mesterséges ízületek sem tartanak örökké. Wiley azt mondja, különösen a fiatalabb betegek esetében, akik el akarják kerülni a nagyobb műtétet egy olyan eszköz miatt, amelyet csak le kell cserélni, Wiley azt mondja, „csak nincsenek túl jó lehetőségek”.
"Úgy gondolom, hogy ez drámai változást fog jelenteni az emberek kezelésében ebben a szakaszban" - mondja Wiley.
A munkát a Sparta Biomedical és a Duke Egyetem Shared Materials Instrumentation Facility finanszírozta. Wiley és Gall a Sparta Biomedical részvényesei.
Forrás: Duke Egyetem
Kapcsolódó könyvek:
A test tartja a pontszámot: Az agy és a test a traumák gyógyításában
írta Bessel van der Kolk
Ez a könyv a trauma, valamint a fizikai és mentális egészség összefüggéseit tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva a gyógyuláshoz és felépüléshez.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
Lélegzet: Egy elveszett művészet új tudománya
írta: James Nestor
Ez a könyv a légzés tudományát és gyakorlatát tárja fel, betekintést és technikákat kínálva a testi és lelki egészség javítására.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
A növényi paradoxon: Az „egészséges” élelmiszerek rejtett veszélyei, amelyek betegségeket és súlygyarapodást okoznak
szerző: Steven R. Gundry
Ez a könyv az étrend, az egészség és a betegségek közötti összefüggéseket tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva az általános egészség és jólét javítására.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
Az Immunity Code: A valódi egészség és a radikális öregedésgátlás új paradigmája
írta Joel Greene
Ez a könyv új perspektívát kínál az egészségről és az immunitásról, az epigenetika alapelveire támaszkodva, valamint betekintést és stratégiákat kínál az egészség és az öregedés optimalizálásához.
Kattintson a további információkért vagy a megrendeléshez
A böjt teljes útmutatója: Gyógyítsa meg testét időszakos, váltakozó napos és hosszabb böjtöléssel
Dr. Jason Fung és Jimmy Moore
Ez a könyv a böjt tudományát és gyakorlatát tárja fel, betekintést és stratégiákat kínálva az általános egészség és jólét javítására.
