Проблемы с хрящами не редкость, особенно среди спортсменов, даже любителей. В результате повторяющихся ударов хрящ, защищающий коленный сустав, часто повреждается и постепенно изнашивается. Вот тут-то и начинается боль… Американские исследователи сейчас предлагают новый материал, очень похожий на человеческий хрящ, в виде гидрогеля, который вполне мог бы сыграть свою роль в компенсации утраты хряща, присущей травмам или старости..
В Соединенных Штатах ежегодно проводится более 790 000 операций по замене коленного сустава. Это особенно инвазивная операция, заключающаяся в замене всего сустава или его части, благоприятный эффект от которой обычно длится около двадцати лет; после чего необходимо снова заменить устройство. Гидрогель, разработанный Беном Уайли и его сотрудниками из Университета Дьюка, позволит отказаться от этой тяжелой операции, заменив только изношенный хрящ.
Особо стойкий гидрогель
Коленный сустав соединяет три кости - бедренную, большеберцовую и надколенник (или надколенник) - через три сустава, пателлофеморальный сустав и двойной бедренно-большеберцовый сустав. Хрящ, окружающий сустав, играет здесь существенную роль: он действует как защитная пленка, отвечающая за обеспечение плавности движений; он защищает кости и позволяет поверхностям легко скользить друг относительно друга. Он в основном состоит из воды (75%), затем коллагеновых волокон и клеток, называемых хондроцитами.
Колено является одним из «опорных суставов», оно очень нагружено и поэтому подвержено многим патологиям, особенно когда вы становитесь старше, а также когда у вас избыточный вес или вы практикуете физическую активность, которая вызывает повторные толчки. Остеоартрит, вызванный износом хряща, является наиболее распространенным заболеванием суставов и, по данным Высшего управления здравоохранения, является основной причиной, которая может привести к установке протеза коленного сустава. Ежегодно во Франции имплантируют более 80 000 искусственных коленных суставов.
Химик Бен Уайли заинтересовался вопросом, как найти способ предотвратить серьезные операции для десятков тысяч людей с непостоянными результатами: «Мы решили сделать первый гидрогель с механические свойства хрящей». Как и в других гидрогелях, основным ингредиентом этого нового материала являются водопоглощающие полимеры. Он содержит ровно три из них: первый полимер, состоящий из нитей типа «спагетти», переплетенных с другим, менее гибким полимером (двойная сеть, отмеченная PAMPS, для поли(винилового спирта) (ПВС) - поли(2-акриламидо-2-метил натриевая соль -1-пропансульфоновой кислоты)); наконец, третий полимер, состоящий из сети нановолокон бактериальной целлюлозы, действует как сетка, которая скрепляет все вместе.
Как именно работает этот гель? Он на 60% состоит из воды, и при растяжении работают именно волокна целлюлозы: он обеспечивает прочность на растяжение, аналогичную натуральному коллагену хряща. При его сжатии в дело вступают полимеры, входящие в состав PAMPS: отрицательные заряды полимерных цепей отталкиваются друг от друга и прилипают к воде, так что первоначальная форма может быть восстановлена. По этим двум основным функциям - растяжению и раздавливанию - гидрогель продемонстрировал превосходные характеристики по сравнению с существующими искусственными материалами: он отлично выдержал 100 000 повторных тракций, а также титановые приспособления, используемые для костных имплантатов.
В ходе испытаний, когда гидрогель натирали о натуральный хрящ - почти миллион раз - было обнаружено, что он прочнее последнего (с коэффициентом трения на 45% ниже, чем у хряща), и намного более долговечны, чем одобренные Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов искусственные хрящевые имплантаты, используемые сегодня в хирургии большого пальца стопы (по данным исследователей, в 4,4 раза более износостойкие).
Сочетание большой гибкости и прочности
Хрящ, особенно в колене, является исключительным природным материалом: он должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать вес человека, и в то же время быть достаточно мягким и гибким, чтобы амортизировать удары и обеспечивать движения сустава - иногда большой амплитуды. Каждый раз хрящ испытывает силу, в два-три раза превышающую вес тела. Например, при простой ходьбе колено подвергается в среднем трехкратному весу тела. В положении на корточках давление между голенью и бедром может в 4 раза превышать вес тела!
Поэтому ученым особенно трудно искусственно воспроизвести эти уникальные свойства и характеристики. По словам его разработчиков, высокая стойкость этого нового гидрогеля обусловлена инновационной комбинацией трех полимеров, которая придает ему как большую гибкость, так и большую жесткость.
По той же теме: Новый имплантат для лучшего восстановления поврежденных сухожилий и связок
Группа исследователей отмечает, однако, что получение зеленого света для использования его на людях может занять до трех лет. Поэтому людям с болями в коленях придется набраться терпения, если они когда-нибудь захотят воспользоваться этим нововведением. Ведь до сих пор нетоксичность гидрогеля проверяли только на клетках, культивируемых в лаборатории. Следующим шагом является проверка того, что вещество можно безопасно имплантировать животным (овцам). Если эти тесты дадут окончательный результат, можно будет рассмотреть клинические испытания на людях.
Тем временем этот новый материал кажется очень многообещающим: однажды он может стать важным решением для восстановления сустава, гарантируя быстрое время восстановления и гораздо более длительный срок службы этого искусственного хряща. Пока люди не будут наделены регенеративными способностями, подобными тем, которые можно наблюдать у некоторых земноводных, гидрогели по сей день остаются наиболее многообещающим средством для облегчения патологий суставов.