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Forte de hidrogel pode substituir preso cartilagem do joelho

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Experimental gel é o primeiro a combinar a resistência e durabilidade da cartilagem do joelho, dizem os pesquisadores.

O material pode olhar como um primo distante do Jell-O—que é—mas ele é incrivelmente forte. É de 60% de água, mas um único trimestre-tamanho do disco pode suportar o peso de 100 quilos kettlebell sem rasgar ou perder a sua forma.

O hidrogel pode um dia oferecer um substituto para a cartilagem danificada. E uma alternativa para a cirurgia de substituição do joelho.

O fino e escorregadio camada de cartilagem entre os ossos do joelho é mágico coisas: forte o suficiente para suportar o peso da pessoa, mas macio e flexível o suficiente para amortecer o conjunto contra impacto, ao longo de décadas de uso repetido.

Essa combinação de soft-ainda-forte tem sido difícil de reproduzir em laboratório.

Um pequeno disco de hidrogel de buracos de até 100 libras de peso
O gel com base sintética cartilagem segura o peso de 100 quilos kettlebell sem rasgar ou perder a sua forma. (Crédito: Feichen Yang)

Os desenvolvedores do novo hidrogel—materiais de absorção de água de polímeros—dizem que é o primeiro que é capaz de resistir a rebocar cargas pesadas, bem como humanos cartilagem, sem desgaste ao longo do tempo.

A investigação pode um dia oferecer às pessoas com problemas no joelho uma substituição para a cartilagem danificada, e uma alternativa para a 600.000 substituição do joelho cirurgias realizadas NOS estados unidos a cada ano.

Um bom elástico tecido que cobre as extremidades dos ossos e lhes permite deslizar suavemente uns contra os outros, cartilagem ajuda a absorver uma enorme quantidade de força a cada passo–normalmente entre duas e três vezes o seu peso corporal.

No entanto, a cartilagem também tem limitado a capacidade de curar e reparar em si. Uma vez usado por idade, o uso excessivo ou trauma é difícil de tratar, diz Ken Fel, um professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Universidade de Duke.

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Para pacientes que querem evitar ou adiar uma substituição do joelho, que pode durar apenas 20 anos, artificial cartilagem pode ajudar. Os hidrogéis foram explorados para uso como uma cartilagem substituto desde a década de 1970 e são usados em lentes de contato gelatinosas e fraldas descartáveis. Os pesquisadores são atraídos para esses materiais por causa de sua escorregadio, propriedades de absorção de choque e porque eles não prejudicar o próximo células. Mas até agora, eles já revelaram demasiado fraco para ser usado no suporte de carga articulações como a do joelho.

Os pesquisadores partiram para mudar isso.

“Fazemos o primeiro hidrogel que tem as propriedades mecânicas da cartilagem”, diz Ben Wiley, um professor de química.

O novo hidrogel consiste de dois entrelaçados redes de polímero: um feito de elástico de espaguete-como os fios e a outra mais rígida e basketlike, com cargas negativas, ao longo de seu comprimento. Estes são reforçados com um terceiro ingrediente, uma malha de fibras de celulose.

Quando o gel é alongado, as fibras de celulose resistir puxando e ajudar a manter o material juntos. E quando ele é apertado, as cargas negativas ao longo do rígidas cadeias de polímero de repelir uns aos outros e ficar com água, ajudando-o a mola volta à sua forma original.

“Somente esta combinação de todos os três componentes é flexível e rígida e, portanto, forte,” diz o co-autor Feichen Yang, que ganhou uma química Doutoramento em Wiley laboratório.

Quando os pesquisadores compararam o material resultante para outros hidrogéis, a sua era a única que era tão forte como a cartilagem em ambos os squishing e alongamento.

Em um experimento, a equipe submeteu-a a 100.000 ciclos de repetição de puxar, e o material retido, assim como porosas de titânio para implantes ósseos, “que excedeu as nossas expectativas iniciais”, diz o co-autor William Koshut, um estudante de PhD em Fel de laboratório.

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Eles também esfregou o novo material natural contra a cartilagem de um milhão de vezes. Eles descobriram que a sua superfície lisa, escorregadia, auto-lubrificação da superfície é resistente ao desgaste como a coisa real, e quatro vezes mais resistente ao desgaste do que o sintético cartilagem implantes atualmente aprovados pela FDA para uso no dedo grande do pé.

Movendo o material do laboratório para a clínica levaria mais três anos, pelo menos, Wiley, diz. Inicial testes de segurança sugerem que o material não é tóxico para cultivadas em laboratório células. O próximo passo é desenhar um implante que eles possam testar em ovelhas.

Mas a equipe diz que, eventualmente, a pesquisa poderia oferecer novas opções para as pessoas com dor no joelho, e levá-los de volta para fazer as coisas que eles amam sem o longo tempo de recuperação e de vida limitada, associada com a cartilagem de reparação ou de substituição do joelho cirurgia.

O suporte para este trabalho veio de Esparta Biomédica, Paul M. Bruta de Comunhão, uma Marcus Hobbes Comunhão, e a partilha de Materiais de Instrumentação Facilidade na Duke.

A pesquisa aparece na Materiais Funcionais Avançados.

Fonte: Universidade De Duke

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