il sottile, lo strato scivoloso di cartilagine tra le ossa del ginocchio è qualcosa di magico:abbastanza forte da sopportare il peso di una persona, ma abbastanza morbido ed elastico da attutire l'articolazione contro gli urti, in decenni di uso ripetuto. Quella combinazione di morbido e forte è stata difficile da riprodurre in laboratorio. Ma ora, I ricercatori della Duke University affermano di aver creato un gel sperimentale che è il primo a eguagliare la forza e la durata della cosa reale.

Il materiale può sembrare un lontano cugino di Jell-O—ed è—ma è incredibilmente forte. È il 60% di acqua, ma un singolo disco da un quarto può sopportare il peso di un kettlebell da 100 libbre senza strapparsi o perdere la sua forma.

I suoi sviluppatori affermano che è il primo idrogel, un materiale fatto di polimeri che assorbono l'acqua, in grado di resistere a strappi e carichi pesanti, nonché alla cartilagine umana, senza consumarsi nel tempo.

Guidati dagli scienziati della chimica e dei materiali della Duke, Ben Wiley e Ken Gall, la ricerca potrebbe un giorno offrire alle persone con problemi al ginocchio un sostituto della cartilagine danneggiata, e un'alternativa al 600, 000 interventi di sostituzione del ginocchio eseguiti negli Stati Uniti ogni anno.

Un tessuto gommoso liscio che copre le estremità delle ossa e consente loro di scivolare dolcemente l'una contro l'altra, la cartilagine aiuta ad assorbire un'enorme quantità di forza ad ogni passo, in genere tra due e tre volte il peso corporeo.

Però, la cartilagine ha anche una capacità limitata di guarire e ripararsi. Una volta consumato dall'età, uso eccessivo o trauma è difficile da trattare, disse Gallo, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke.

Per i pazienti che desiderano evitare o posticipare una sostituzione del ginocchio che può durare solo 20 anni, la cartilagine artificiale può aiutare. Gli idrogel sono stati esplorati per l'uso come sostituto della cartilagine dagli anni '70 e sono utilizzati nelle lenti a contatto morbide e nei pannolini usa e getta. I ricercatori sono attratti da questi materiali a causa della loro scivolosità, proprietà ammortizzanti e perché non danneggiano le cellule vicine. Ma fino ad ora si sono dimostrati troppo deboli per essere utilizzati in articolazioni portanti come il ginocchio.

Il team di Duke ha deciso di cambiarlo. "Abbiamo deciso di realizzare il primo idrogel con le proprietà meccaniche della cartilagine, " disse Wiley, un professore di chimica alla Duke.

Il nuovo idrogel è costituito da due reti polimeriche intrecciate:una composta da fili elastici simili a spaghetti e l'altra più rigida e simile a un cesto, con cariche negative lungo la loro lunghezza. Questi sono rinforzati con un terzo ingrediente, un reticolo di fibre di cellulosa.

Quando il gel è allungato, le fibre di cellulosa resistono alla trazione e aiutano a tenere insieme il materiale. E quando è schiacciato, le cariche negative lungo le catene polimeriche rigide si respingono e si attaccano all'acqua, aiutandolo a tornare alla sua forma originale.

"Solo questa combinazione di tutti e tre i componenti è sia flessibile che rigida e quindi forte, " ha detto il co-autore Feichen Yang, che ha conseguito un dottorato di ricerca in chimica. nel laboratorio di Wiley.

Quando i ricercatori hanno confrontato il materiale risultante con altri idrogel, il loro era l'unico forte come la cartilagine sia sotto lo schiacciamento che sotto lo stiramento.

In un esperimento, la squadra lo ha sottoposto a 100, 000 cicli di ripetute tirate, e il materiale ha retto altrettanto bene del titanio poroso utilizzato per gli impianti ossei, "che ha superato le nostre aspettative iniziali, " ha detto il co-autore William Koshut, un dottorato di ricerca studente nel laboratorio di Gall.

Hanno anche strofinato il nuovo materiale contro la cartilagine naturale un milione di volte. Hanno scoperto che è liscio, superficie autolubrificante scivolosa è resistente all'usura come la cosa reale e quattro volte più resistente all'usura rispetto agli impianti di cartilagine sintetica attualmente approvati dalla FDA per l'uso nell'alluce.

Spostare il materiale dal laboratorio alla clinica richiederebbe almeno altri tre anni, disse Wiley. I test di sicurezza iniziali suggeriscono che il materiale non è tossico per le cellule cresciute in laboratorio. Il prossimo passo è progettare un impianto che possano testare nelle pecore.

Ma il team dice che alla fine la ricerca potrebbe offrire nuove opzioni per le persone con dolore al ginocchio, e riportarli a fare le cose che amano senza i lunghi tempi di recupero e la durata limitata associati alla riparazione della cartilagine o alla chirurgia sostitutiva del ginocchio.