Labgjorda knäbrosk slår The Real Thing

ersättning knäbrosk 8 16
Ett nytt lab-tillverkat knäbrosk är 26 % starkare än naturligt brosk i spänning, ungefär som att hänga upp sju flyglar från en nyckelring och 66 % starkare i kompression – vilket skulle vara som att parkera en bil på ett frimärke. (Kreditera: Daniel Thiele/Unsplash)

En ny gelbaserad knäbrosksubstitut är starkare och mer hållbar än den äkta varan, enligt en ny studie.

Receptfria smärtstillande medel, sjukgymnastik, steroidinjektioner - vissa människor har provat allt och har fortfarande att göra med knäsmärtor.

Ofta kommer knäsmärta från det progressiva slitaget av brosk känd som artros, som drabbar nästan en av sex vuxna – 867 miljoner människor – över hela världen. För dem som vill undvika att byta ut hela knäleden, kan det nya brosket snart hjälpa patienter att komma på fötter snabbt, smärtfritt och förbli så.

Som rapporterats i tidskriften Avancerade funktionella material, avslöjar mekaniska tester att hydrogelen – ett material tillverkat av vattenabsorberande polymerer – kan pressas och dras med mer kraft än naturligt brosk och är tre gånger mer motståndskraftigt mot slitage.

Implantat gjorda av materialet utvecklas för närvarande av Sparta Biomedical och testas på får. Forskare rustar för att påbörja kliniska prövningar på människor nästa år.

"Om allt går enligt plan bör den kliniska prövningen starta så snart som april 2023", säger Benjamin Wiley, en kemiprofessor vid Duke University som ledde forskningen tillsammans med Ken Gall, professor i maskinteknik och materialvetenskap.

Naturligt knäbrosk

För att göra detta material tog teamet tunna ark av cellulosafibrer och infunderade dem med en polymer som kallas polyvinylalkohol - en trögflytande goo som består av trådiga kedjor av upprepade molekyler - för att bilda en gel.

Cellulosafibrerna fungerar som kollagenfibrer i naturligt brosk, säger Wiley - de ger gelen styrka när den sträcks. Polyvinylalkoholen hjälper den att återgå till sin ursprungliga form. Resultatet är ett Jello-liknande material, 60% vatten, som är smidigt men ändå förvånansvärt starkt.

Naturligt brosk tål jättestora 5,800 8,500 till 26 66 pounds per tum av ryckning respektive squishing innan det når bristningsgränsen. Den labbtillverkade versionen är den första hydrogelen som klarar ännu mer. Det är XNUMX % starkare än naturligt brosk i spänning, ungefär som att hänga upp sju flyglar från en nyckelring och XNUMX % starkare i kompression – vilket skulle vara som att parkera en bil på ett frimärke.


 Få det senaste via e-post

Veckotidningen Daglig Inspiration

"Det är verkligen utanför diagrammet när det gäller hydrogelstyrka," säger Wiley.

Teamet har redan gjort hydrogeler med anmärkningsvärda egenskaper. 2020 rapporterade de att de hade skapat den första hydrogelen tillräckligt stark för knäna, som känner kraften av två till tre gånger kroppsvikten med varje steg.

Att använda gelén praktiskt som broskersättning innebar dock ytterligare designutmaningar. En var att uppnå de övre gränserna för broskets styrka. Aktiviteter som att hoppa, longera eller gå i trappor sätter ett tryck på cirka 10 megapascal på brosket i knäet, eller cirka 1,400 XNUMX pund per kvadrattum. Men vävnaden kan ta upp till fyra gånger så mycket innan den går sönder. "Vi visste att det fanns utrymme för förbättringar", säger Wiley.

Knäimplantat håller inte för evigt

Tidigare använde forskare som försökte skapa starkare hydrogeler en frys-tina-process för att producera kristaller i gelén, som driver ut vatten och hjälper till att hålla ihop polymerkedjorna. I den nya studien, istället för att frysa och tina hydrogelen, använde forskarna en värmebehandling som kallas glödgning för att få ännu fler kristaller att bildas inom polymernätverket.

Genom att öka kristallinnehållet kunde forskarna ta fram en gel som tål fem gånger så mycket stress från att dra och nästan dubbelt så mycket klämning jämfört med frys-tina-metoder. Den förbättrade styrkan hos den glödgade gelen hjälpte också till att lösa en andra designutmaning: att fästa den vid fogen och få den att stanna kvar.

Brosk bildar ett tunt lager som täcker benändarna så att de inte maler mot varandra. Tidigare studier har inte kunnat fästa hydrogeler direkt på ben eller brosk med tillräcklig styrka för att hindra dem från att lossna eller glida av. Så Duke-teamet kom på ett annat tillvägagångssätt.

Deras fastsättningsmetod innebär att cementera och klämma fast hydrogelen till en titan bas. Denna pressas sedan och förankras i ett hål där det skadade brosket brukade vara. Tester visar att designen sitter fast 68 % fastare än naturligt brosk på ben.

"En annan oro för knäimplantat är slitage över tiden, både av själva implantatet och det motsatta brosket," säger Wiley.

"En dramatisk förändring i behandlingen"

Andra forskare har försökt ersätta skadat brosk med knäimplantat av metall eller polyeten, men eftersom dessa material är styvare än brosk kan de skava mot andra delar av knät.

I slitagetester tog forskarna konstgjort brosk och naturligt brosk och snurrade dem mot varandra en miljon gånger, med ett tryck liknande det som knät upplever under gång.

Med hjälp av en högupplöst röntgenteknik som kallas mikrodatortomografi (mikro-CT), fann forskarna att ytan på deras labbtillverkade version höll tre gånger bättre än den äkta varan. Men eftersom hydrogelen efterliknar den släta, hala, dämpande naturen hos äkta brosk, skyddar den andra ledytor från friktion när de glider mot implantatet.

Naturligt brosk är anmärkningsvärt hållbart. Men när den är skadad har den begränsad förmåga att läka eftersom den inte har några blodkärl, säger Wiley.

I USA, osteoartrit är dubbelt så vanligt idag än för ett sekel sedan. Kirurgi är ett alternativ när konservativa behandlingar misslyckas. Under årtiondena har kirurger utvecklat ett antal minimalt invasiva tillvägagångssätt, som att ta bort löst brosk, eller göra hål för att stimulera ny tillväxt, eller transplantera friskt brosk från en donator. Men alla dessa metoder kräver månader av rehab, och en del av dem misslyckas med tiden.

Generellt betraktad som en sista utväg, är total knäprotes ett beprövat sätt att lindra smärta. Men konstgjorda leder varar inte för evigt heller. Särskilt för yngre patienter som vill undvika större operationer för en enhet som bara behöver bytas ut igen, säger Wiley, "det finns helt enkelt inga bra alternativ där ute."

"Jag tror att detta kommer att vara en dramatisk förändring i behandlingen för människor i det här skedet," säger Wiley.

Sparta Biomedical och Shared Materials Instrumentation Facility vid Duke University finansierade arbetet. Wiley och Gall är aktieägare i Sparta Biomedical.

källa: Duke University


Rekommenderade böcker: Hälsa

Färsk frukt RensaFresh Fruit Cleanse: Detox, gå ner i vikt och återställ din hälsa med naturens mest utsökta mat [Paperback] av Leanne Hall.
Förlora vikt och känna dig vibrerande hälsosam när du rensar din toxins kropp. Färsk frukt Rensa erbjuder allt du behöver för en enkel och kraftfull avgiftning, inklusive dag-för-dag-program, läckande recept och råd för övergången från rengöringen.
Klicka här för mer info och / eller för att beställa den här boken på Amazon.

Trivs matTriva Foods: 200 Växtbaserade recept för Peak Health [Paperback] av Brendan Brazier.
Bygga på den stressreducerande, hälsofrämjande näringsfilosofin som introducerades i hans hyllade veganäringsguide Frodas, professionell Ironman triathlete Brendan Brazier visar nu sin uppmärksamhet på din middagsplatta (frukostskål och lunchbricka också).
Klicka här för mer info och / eller för att beställa den här boken på Amazon.

Död genom medicin av Gary NullDeath by Medicine av Gary Null, Martin Feldman, Debora Rasio och Carolyn Dean
Den medicinska miljön har blivit en labyrint av interlocking företag, sjukhus och regeringskonferenser, infiltrerade av läkemedelsbolagen. De giftigaste ämnena godkänns ofta först, medan milda och mer naturliga alternativ ignoreras av ekonomiska skäl. Det är död av medicin.
Klicka här för mer info och / eller för att beställa den här boken på Amazon.


Fler artiklar av denna författare

Du kanske också gillar

följ InnerSelf på

Facebookikon ikon~~POS=HEADCOMPtwitter iconyoutube iconinstagram ikonpintrest ikonrss-ikonen

 Få det senaste via e-post

Veckotidningen Daglig Inspiration

TILLGÄNGLIGA SPRÅK

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

MEST LÄS

barn och meditation 9 9
Meditation har potential att behandla barn som lider av trauman, svåra diagnoser eller stress
by Hilary A. Marusak
Barn som aktivt mediterar upplever lägre aktivitet i delar av hjärnan som är involverade i...
katt som klappas
4 sätt att berätta om din katt älskar dig
by Emily Blackwell
Även de mest hängivna kattägarna undrar någon gång om deras katt verkligen älskar dem.
bebis ler
Döpa om och återta det heliga
by Phyllida Anam-Áire
Att vandra i naturen, äta utsökt mat, poesi, leka med våra barn, dansa och sjunga,...
nyfikna barn 9 17
5 sätt att hålla barn nyfikna
by Perry Zurn
Barn är naturligt nyfikna. Men olika krafter i omgivningen kan dämpa deras nyfikenhet över...
varför ska du säga till 9
Varför du bör tala upp i konversationer med främlingar
by Quinn Hirschi
I samtal med främlingar tenderar folk att tro att de borde prata mindre än halva tiden för att...
naturligt djurfoder 9 6
Så här gör du rått kött för husdjur på ett säkert sätt
by Veronika Bulochova och Ellen W. Evans
Att mata husdjur med rått kött och fisk är en växande trend, populär bland husdjursuppfödare, husdjursvård...
en mormor hjälper sitt barnbarn att tända ljus i en kyrka i Lviv
Varför nyhetskonsumenter upplever krisutmattning
by Rebecca Rozelle-Stone
Att vara uppmärksam på verkligheter som krig är ofta smärtsamt, och människor är inte väl rustade för att hålla en...
dölja inflationen 9 14
3 sätt som företag ändrar sina produkter för att dölja inflationen
by Adrian Palmer
Det finns vissa produktförändringar som företag kan och gör för att i tysthet försöka vika ökningen...

Nya Attityder - Nya Möjligheter

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 Innerself Publikationer. All Rights Reserved.