یک غضروف جدید زانو در آزمایشگاه 26 درصد قوی تر از غضروف طبیعی در کشش است، چیزی شبیه به آویزان کردن هفت پیانو بزرگ از یک حلقه کلید، و 66 درصد از نظر فشرده سازی قوی تر است - که مانند پارک کردن یک ماشین روی تمبر پستی است. (اعتبار: دانیل تیل/ Unsplash)

بر اساس یک مطالعه جدید، جایگزین جدید غضروف زانو مبتنی بر ژل قوی تر و بادوام تر از نمونه واقعی است.

مسکن‌های بدون نسخه، فیزیوتراپی، تزریق استروئید – برخی از افراد همه آن‌ها را امتحان کرده‌اند و هنوز هم با درد زانو دست و پنجه نرم می‌کنند.

اغلب زانو درد ناشی از ساییدگی و پارگی پیشرونده آن است غضروف به نام استئوآرتریت شناخته می شود که تقریباً از هر شش بزرگسال یک نفر (867 میلیون نفر) در سراسر جهان را مبتلا می کند. برای کسانی که می خواهند از جایگزینی کل مفصل زانو اجتناب کنند، غضروف جدید می تواند به زودی به بیماران کمک کند تا سریع، بدون درد روی پاهای خود بازگردند و همینطور بمانند.

همانطور که در مجله گزارش مواد کاربردی پیشرفتهآزمایش مکانیکی نشان می دهد که هیدروژل - ماده ای ساخته شده از پلیمرهای جاذب آب - می تواند با نیروی بیشتری نسبت به غضروف طبیعی فشار داده و کشیده شود و سه برابر در برابر سایش و پارگی مقاوم تر است.

ایمپلنت های ساخته شده از این ماده در حال حاضر توسط Sparta Biomedical ساخته شده و روی گوسفند آزمایش می شوند. محققان در حال آماده شدن برای شروع آزمایشات بالینی بر روی انسان در سال آینده هستند.

بنجامین وایلی، استاد شیمی در دانشگاه دوک که همراه با کن گال، استاد مهندسی مکانیک و علم مواد، رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، می‌گوید: «اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، آزمایش بالینی باید از آوریل 2023 آغاز شود.

غضروف طبیعی زانو

برای ساخت این ماده، تیم ورقه‌های نازکی از الیاف سلولز را برداشتند و پلیمری به نام پلی وینیل الکل را در آنها تزریق کردند تا یک ژل تشکیل شود.

الیاف سلولزی مانند الیاف کلاژن ویلی می‌گوید در غضروف‌های طبیعی، آن‌ها هنگام کشیده شدن به ژل استحکام می‌بخشند. پلی وینیل الکل به آن کمک می کند تا به شکل اولیه خود بازگردد. نتیجه یک ماده ژله مانند با 60 درصد آب است که انعطاف پذیر و در عین حال به طرز شگفت آوری قوی است.

غضروف طبیعی می تواند به ترتیب 5,800 تا 8,500 پوند در هر اینچ کشش و له کردن را قبل از رسیدن به نقطه شکست خود تحمل کند. نسخه آزمایشگاهی اولین هیدروژل است که می تواند حتی بیشتر را تحمل کند. از نظر کشش 26 درصد قوی تر از غضروف طبیعی است، چیزی مانند آویزان کردن هفت پیانوی بزرگ از یک حلقه کلید، و 66 درصد از نظر فشرده سازی قوی تر است - که مانند پارک کردن یک ماشین روی تمبر پستی است.

وایلی می‌گوید: «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 به اندازه کافی قوی برای زانوکه با هر قدم نیرویی دو تا سه برابر وزن بدن را احساس می کنند.

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 1,400 پوند در هر اینچ مربع فشار وارد می کند. اما بافت ممکن است تا چهار برابر قبل از شکستن طول بکشد. وایلی می‌گوید: «ما می‌دانستیم که جای پیشرفت وجود دارد.

کاشت زانو برای همیشه دوام نمی آورد

در گذشته، محققانی که تلاش می‌کردند هیدروژل‌های قوی‌تری بسازند، از فرآیند انجماد-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 بودند هیدروژل ها را مستقیماً 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 a تیتانیوم پایه. 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.

وایلی می‌گوید: «یکی دیگر از نگرانی‌های کاشت زانو، سایش در طول زمان است، هم خود ایمپلنت و هم غضروف مقابل.

"تغییر چشمگیر در درمان"

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.

در آزمایش‌های سایش، محققان غضروف مصنوعی و غضروف طبیعی را برداشتند و با فشاری مشابه فشاری که زانو در حین راه رفتن تجربه می‌کند، میلیون‌ها بار روی هم چرخیدند.

دانشمندان با استفاده از یک تکنیک اسکن اشعه ایکس با وضوح بالا به نام توموگرافی کامپیوتری میکرو (micro-CT) دریافتند که سطح نسخه آزمایشگاهی آنها سه برابر بهتر از نمونه واقعی است. با این حال، از آنجایی که هیدروژل از ماهیت صاف، لغزنده و بالشتکی غضروف واقعی تقلید می‌کند، از سایر سطوح مفصلی در برابر اصطکاک محافظت می‌کند که در برابر ایمپلنت می‌لغزند.

غضروف طبیعی ماده ای بسیار بادوام است. ویلی می‌گوید، اما پس از آسیب، توانایی محدودی برای التیام دارد، زیرا رگ‌های خونی ندارد.

در ایالات متحده، آرتروز امروزه دو برابر بیشتر از یک قرن پیش رایج است. زمانی که درمان های محافظه کارانه شکست بخورند، جراحی یک گزینه است. طی دهه‌ها، جراحان تعدادی از روش‌های کم تهاجمی مانند برداشتن غضروف شل یا ایجاد سوراخ‌هایی برای تحریک رشد جدید یا پیوند غضروف سالم از اهداکننده ایجاد کرده‌اند. اما همه این روش ها به ماه ها بازتوانی نیاز دارند و درصدی از آنها به مرور زمان با شکست مواجه می شوند.

به طور کلی به عنوان آخرین راه حل در نظر گرفته می شود، تعویض کامل زانو یک راه اثبات شده برای تسکین درد است. اما مفاصل مصنوعی برای همیشه دوام نمی آورند. ویلی می‌گوید به‌ویژه برای بیماران جوان‌تری که می‌خواهند از جراحی بزرگ برای دستگاهی که فقط نیاز به تعویض مجدد دارد اجتناب کنند، «گزینه‌های خیلی خوبی وجود ندارد».

ویلی می‌گوید: «من فکر می‌کنم که این یک تغییر چشمگیر در درمان افراد در این مرحله خواهد بود.

Sparta Biomedical و مرکز ابزار دقیق مواد مشترک در دانشگاه دوک این کار را تامین مالی کردند. Wiley و Gall سهامداران Sparta Biomedical هستند.

منبع: دانشگاه دوک

کتاب های مرتبط:

بدن امتیاز را حفظ می کند: ذهن و بدن مغز در درمان تروما

توسط بسل وان در کلک

این کتاب به بررسی ارتباط بین تروما و سلامت جسمی و روانی می پردازد و بینش ها و استراتژی هایی را برای بهبود و بهبودی ارائه می دهد.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

نفس: علم جدید یک هنر گمشده

توسط جیمز نستور

این کتاب علم و تمرین تنفس را بررسی می کند و بینش ها و تکنیک هایی را برای بهبود سلامت جسمی و روانی ارائه می دهد.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

پارادوکس گیاهی: خطرات پنهان در غذاهای "سالم" که باعث بیماری و افزایش وزن می شوند

توسط استیون آر گاندری

این کتاب به بررسی پیوندهای بین رژیم غذایی، سلامتی و بیماری می پردازد و بینش ها و استراتژی هایی را برای بهبود سلامت و تندرستی کلی ارائه می دهد.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

کد ایمنی: پارادایم جدید برای سلامت واقعی و ضد پیری رادیکال

توسط جوئل گرین

این کتاب با تکیه بر اصول اپی ژنتیک و ارائه بینش ها و استراتژی هایی برای بهینه سازی سلامت و پیری، دیدگاه جدیدی در مورد سلامت و ایمنی ارائه می دهد.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید

راهنمای کامل روزه داری: بدن خود را از طریق روزه متناوب، متناوب و طولانی شفا دهید

توسط دکتر جیسون فانگ و جیمی مور

این کتاب علم و عمل روزه داری را بررسی می کند و بینش ها و استراتژی هایی را برای بهبود سلامت و تندرستی کلی ارائه می دهد.

برای اطلاعات بیشتر یا سفارش کلیک کنید