کاشت های زانو ساخته شده از فلز یا پلی اتیلن جایگزین غضروف آسیب دیده

به گزارش سینا پرس فارس، برخی از بیماران برای درمان زانو درد خود همه چیز را امتحان کرده اند، از جمله مسکن های بدون نسخه، فیزیوتراپی و تزریق استروئید. با این حال، درد آنها ادامه دارد.

استئوآرتریت، که 867 میلیون نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می دهد و تخمین زده می شود که از هر شش بزرگسال، یک نفر را تحت تاثیر قرار دهد، اغلب علت زانو درد است. کسانی که می خواهند از تعویض کل مفصل زانو خودداری کنند، ممکن است به زودی جایگزین دیگری داشته باشند که به آنها امکان می دهد سریع، بدون درد روی پاهای خود بازگردند و همینطور بمانند.

یک تیم به رهبری دانشگاه دوک در مقاله ای که در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است، ادعا می کند که اولین جایگزین غضروف مبتنی بر ژل را ساخته اند که حتی قوی تر و بادوام تر از غضروف واقعی است.

آزمایشات مکانیکی نشان می‌دهد که هیدروژل توسعه‌یافته توسط محققان دوک، که از پلیمرهای جاذب آب تشکیل شده است، سه برابر دوام‌تر از غضروف طبیعی است و می‌توان آن را با نیروی بیشتری فشار داد و کشید.

Sparta Biomedical در حال حاضر در حال توسعه و آزمایش ایمپلنت های ساخته شده از این ماده روی گوسفند است. محققان در حال آماده شدن برای شروع آزمایشات بالینی انسانی در سال آینده هستند.

پروفسور شیمی دوک، بنجامین وایلی، گفت: «اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، کارآزمایی بالینی باید از آوریل 2023 آغاز شود، دانشمندان دوک ورقه‌های نازکی از الیاف سلولز را برداشتند و به آن‌ها با پلی وینیل الکل، ماده چسبناکی که از زنجیره‌های رشته‌ای از مولکول‌های تکرار شونده تشکیل شده بود، تزریق کردند تا ژل را برای ایجاد این ماده تشکیل دهند.

به گفته ویلی، الیاف سلولزی استحکام ژل را در هنگام کشش ایجاد می کنند، دقیقاً مانند الیاف کلاژن در غضروف طبیعی. پلی وینیل الکل به آن کمک می کند تا به شکل اولیه خود بازگردد. محصول نهایی یک ماده ژله مانند است که 60 درصد آب و به طرز شگفت انگیزی قوی است.

قبل از شکستن، غضروف طبیعی می تواند به ترتیب 5800 تا 8500 پوند در هر اینچ کشش و له شدن را تحمل کند. نسخه ایجاد شده در آزمایشگاه آنها اولین هیدروژل است که می تواند حتی بیشتر کار کند. این غضروف 26 درصد از نظر کشش قوی تر از غضروف طبیعی است که با آویزان کردن هفت پیانوی بزرگ از حلقه کلید قابل مقایسه است و 66 درصد از نظر فشرده سازی قوی تر است که شبیه به پارک کردن ماشین روی تمبر پستی است.

ویلی گفت: «از نظر استحکام هیدروژل واقعاً خارج از نمودار است؛ این تیم قبلاً هیدروژل هایی با خواص قابل توجه ساخته است. در سال 2020، آنها گزارش دادند که اولین هیدروژل را ساخته اند که به اندازه کافی قوی برای زانوها است که با هر قدم نیرویی دو تا سه برابر وزن بدن را احساس می کند.

با این حال، استفاده عملی از ژل به عنوان جایگزینی برای غضروف، چالش های طراحی دیگری را به همراه داشت. یکی دستیابی به مرزهای بالای قدرت غضروف بود. فعالیت هایی مانند پریدن، پریدن یا بالا رفتن از پله ها حدود 10 مگا پاسکال بر غضروف زانو یا حدود 1400 پوند در هر اینچ مربع فشار وارد می کند. اما بافت ممکن است تا چهار برابر قبل از شکستن طول بکشد.

در گذشته، محققانی که تلاش می‌کردند هیدروژل‌های قوی‌تری بسازند، از فرآیند انجماد و ذوب برای تولید کریستال‌هایی در ژل استفاده می‌کردند که آب را بیرون می‌برد و به نگه داشتن زنجیره‌های پلیمری در کنار هم کمک می‌کرد. در مطالعه جدید، محققان به جای انجماد و ذوب هیدروژل، از عملیات حرارتی به نام بازپخت استفاده کردند تا کریستال های بیشتری را در شبکه پلیمری تشکیل دهند.

با افزایش محتوای کریستال، محققان توانستند ژلی تولید کنند که می‌تواند پنج برابر فشار ناشی از کشیدن و نزدیک به دو برابر فشار دادن نسبت به روش‌های انجماد و ذوب را تحمل کند، استحکام بهبود یافته ژل آنیل شده همچنین به حل چالش دوم طراحی کمک کرد: محکم کردن آن بر روی مفصل و ثابت نگه داشتن آن.

غضروف یک لایه نازک را تشکیل می دهد که انتهای استخوان ها را می پوشاند تا روی یکدیگر ساییده نشوند. مطالعات قبلی نتوانسته اند هیدروژل ها را به طور مستقیم به استخوان یا غضروف با استحکام کافی بچسبانند تا از شکستن یا سر خوردن آن ها جلوگیری کند. بنابراین تیم دوک رویکرد متفاوتی را ارائه کرد.

روش اتصال آنها شامل سیمان کردن و بستن هیدروژل به یک پایه تیتانیوم است. سپس این غضروف را فشار داده و در سوراخی که قبلاً غضروف آسیب دیده قرار داشت، گیر می کند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این طرح 68 درصد محکم‌تر از غضروف طبیعی روی استخوان بسته می‌شود.

سایر محققان سعی کرده اند غضروف آسیب دیده را با کاشت های زانو ساخته شده از فلز یا پلی اتیلن جایگزین کنند، اما از آنجایی که این مواد سفت تر از غضروف هستند، می توانند بر روی سایر قسمت های زانو آسیب ببینند.

مترجم: فاطمه خداپرست

منبع: scitechdaily