Lab-laget knebrusk slår The Real Thing

erstatning knebrusk 8 16
En ny laboratorielaget knebrusk er 26 % sterkere enn naturlig brusk i spenning, noe som å henge syv flygler fra en nøkkelring, og 66 % sterkere i kompresjon – som ville være som å parkere en bil på et frimerke. (Kreditt: Daniel Thiele/Unsplash)

En ny gelbasert knebruskerstatning er sterkere og mer holdbar enn den ekte varen, ifølge en ny studie.

Over-the-counter smertestillende midler, fysioterapi, steroidinjeksjoner - noen mennesker har prøvd alt og har fortsatt med knesmerter.

Ofte kommer knesmerter fra progressiv slitasje av brusk kjent som slitasjegikt, som rammer nesten én av seks voksne – 867 millioner mennesker – over hele verden. For de som ønsker å unngå å erstatte hele kneleddet, kan den nye brusken snart hjelpe pasientene til å komme seg raskt, smertefritt og forbli slik.

Som rapportert i tidsskriftet Avanserte funksjonelle materialer, avslører mekanisk testing at hydrogelen – et materiale laget av vannabsorberende polymerer – kan presses og trekkes med mer kraft enn naturlig brusk, og er tre ganger mer motstandsdyktig mot slitasje.

Implantater laget av materialet utvikles for tiden av Sparta Biomedical og testes på sau. Forskere forbereder seg på å starte kliniske studier på mennesker neste år.

"Hvis alt går etter planen, bør den kliniske utprøvingen starte så snart som i april 2023," sier Benjamin Wiley, en kjemiprofessor ved Duke University som ledet forskningen sammen med Ken Gall, en professor i maskinteknikk og materialvitenskap.

Naturlig knebrusk

For å lage dette materialet tok teamet tynne ark med cellulosefibre og tilførte dem en polymer kalt polyvinylalkohol - en viskøs goo som består av trevlete kjeder av repeterende molekyler - for å danne en gel.

Cellulosefibrene fungerer som kollagenfibre i naturlig brusk, sier Wiley - de gir gelen styrke når den strekkes. Polyvinylalkoholen hjelper den tilbake til sin opprinnelige form. Resultatet er et Jello-lignende materiale, 60 % vann, som er smidig, men likevel overraskende sterkt.

Naturlig brusk tåler 5,800 til 8,500 pounds per tomme av henholdsvis rykking og squishing før den når bristepunktet. Den laboratorieproduserte versjonen er den første hydrogelen som kan håndtere enda mer. Det er 26 % sterkere enn naturlig brusk i spenning, noe som å henge syv flygler fra en nøkkelring, og 66 % sterkere i kompresjon – som ville vært som å parkere en bil på et frimerke.


 Få den siste via e-post

Ukentlig magasin Daglig Inspirasjon

"Det er virkelig utenfor listene når det gjelder hydrogelstyrke," sier Wiley.

Teamet har allerede laget hydrogeler med bemerkelsesverdige egenskaper. I 2020 rapporterte de at de hadde laget den første hydrogelen sterk nok for knærne, som føler kraften på to til tre ganger kroppsvekten med hvert trinn.

Å sette gelen i praktisk bruk som en bruskerstatning ga imidlertid ytterligere designutfordringer. Den ene var å oppnå de øvre grensene for bruskens styrke. Aktiviteter som å hoppe, utfalle eller gå i trapper legger rundt 10 megapascal trykk på brusken i kneet, eller omtrent 1,400 pund per kvadrattomme. Men vevet kan ta opptil fire ganger så mye før det går i stykker. "Vi visste at det var rom for forbedring," sier Wiley.

Kneimplantater varer ikke evig

Tidligere brukte forskere som forsøkte å lage sterkere hydrogeler en fryse-tine-prosess for å produsere krystaller i gelen, som driver ut vann og hjelper til med å holde polymerkjedene sammen. I den nye studien, i stedet for å fryse og tine hydrogelen, brukte forskerne en varmebehandling kalt annealing for å lokke enda flere krystaller til å dannes i polymernettverket.

Ved å øke krystallinnholdet klarte forskerne å produsere en gel som tåler fem ganger så mye stress ved å trekke og nesten dobbelt så mye klem i forhold til fryse-tine-metoder. Den forbedrede styrken til den glødede gelen bidro også til å løse en andre designutfordring: å feste den til skjøten og få den til å holde seg på plass.

Brusk danner et tynt lag som dekker endene av bein slik at de ikke sliper mot hverandre. Tidligere studier har ikke vært i stand til å feste hydrogeler direkte til bein eller brusk med tilstrekkelig styrke til å forhindre at de løsner eller glir av. Så Duke-teamet kom opp med en annen tilnærming.

Deres festemetode innebærer å sementere og klemme hydrogelen til en titan utgangspunkt. Denne presses deretter og forankres i et hull der den skadede brusken pleide å være. Tester viser at designet forblir festet 68 % mer fast enn naturlig brusk på bein.

"En annen bekymring for kneimplantater er slitasje over tid, både av selve implantatet og den motsatte brusken," sier Wiley.

"En dramatisk endring i behandlingen"

Andre forskere har forsøkt å erstatte skadet brusk med kneimplantater laget av metall eller polyetylen, men fordi disse materialene er stivere enn brusk kan de gnage mot andre deler av kneet.

I slitasjetester tok forskerne kunstig brusk og naturlig brusk og snurret dem mot hverandre en million ganger, med et trykk som ligner på det kneet opplever under gange.

Ved å bruke en høyoppløselig røntgenskanningsteknikk kalt mikrocomputertomografi (mikro-CT), fant forskerne at overflaten på deres laboratorielagde versjon holdt seg tre ganger bedre enn den virkelige varen. Men fordi hydrogelen etterligner den glatte, glatte, dempende naturen til ekte brusk, beskytter den andre leddflater mot friksjon når de glir mot implantatet.

Naturlig brusk er bemerkelsesverdig holdbare ting. Men når den først er skadet, har den begrenset evne til å helbrede fordi den ikke har noen blodårer, sier Wiley.

I USA, artrose er dobbelt så vanlig i dag enn for et århundre siden. Kirurgi er et alternativ når konservative behandlinger mislykkes. I løpet av tiårene har kirurger utviklet en rekke minimalt invasive tilnærminger, som å fjerne løs brusk, eller lage hull for å stimulere ny vekst, eller transplantere sunn brusk fra en donor. Men alle disse metodene krever måneder med rehabilitering, og noen prosentandeler av dem mislykkes over tid.

Generelt ansett som en siste utvei, er total kneprotese en velprøvd måte å lindre smerte. Men kunstige ledd varer heller ikke evig. Spesielt for yngre pasienter som ønsker å unngå større operasjoner for en enhet som bare må byttes ut igjen, sier Wiley, "det er bare ikke veldig gode alternativer der ute."

"Jeg tror dette vil være en dramatisk endring i behandlingen for folk på dette stadiet," sier Wiley.

Sparta Biomedical og Shared Materials Instrumentation Facility ved Duke University finansierte arbeidet. Wiley og Gall er aksjonærer i Sparta Biomedical.

kilde: Duke University


Anbefalte bøker: Helse

Fersk fruktrensingFresh Fruit Cleanse: Detox, miste vekt og gjenopprett din helse med Nature's Most Delicious Foods (Paperback) av Leanne Hall.
Miste vekt og føle deg levende sunn mens du tømmer kroppen din av giftstoffer. Fersk fruktrensing tilbyr alt du trenger for en enkel og kraftig detox, inkludert dag-til-dag-programmer, munnvannoppskrifter, og råd for overgang av renset.
Klikk her for mer info og / eller å bestille denne boken på Amazon.

Trives matTrives Foods: 200 Plant-baserte oppskrifter for Peak Health [Paperback] av Brendan Brazier.
Bygg på den stressreduserende, helsestimulerende næringsfilosofien introdusert i hans anerkjente veganernæringsguide Thrive, profesjonell Ironman triatlete Brendan Brazier viser nå sin oppmerksomhet til middagsplaten (frokostskål og lunsjbrett også).
Klikk her for mer info og / eller å bestille denne boken på Amazon.

Død etter medisin av Gary NullDeath by Medicine av Gary Null, Martin Feldman, Debora Rasio og Carolyn Dean
Det medisinske miljøet har blitt en labyrint av sammenlåsende bedrifts-, sykehus- og regjeringsstyrelser, infiltrert av narkotikaforetakene. De giftigste stoffene blir ofte godkjent først, mens mildere og mer naturlige alternativer blir ignorert av økonomiske årsaker. Det er død av medisin.
Klikk her for mer info og / eller å bestille denne boken på Amazon.


Flere artikler av denne forfatteren

Kan hende du også liker

følg InnerSelf på

facebook icontwitter ikonetyoutube-ikonetinstagram ikonpintrest-ikonetrss ikon

 Få den siste via e-post

Ukentlig magasin Daglig Inspirasjon

TILGJENGELIGE SPRÅK

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

MEST LES

barn og meditasjon 9 9
Meditasjon har potensial til å behandle barn som lider av traumer, vanskelige diagnoser eller stress
by Hilary A. Marusak
Barn som aktivt mediterer opplever lavere aktivitet i deler av hjernen som er involvert i...
katten blir klappet
4 måter å fortelle om katten din elsker deg
by Emily Blackwell
Selv de mest hengivne katteeiere lurer på et tidspunkt om katten deres virkelig elsker dem.
baby smiler
Gi nytt navn til og gjenvinne det hellige
by Phyllida Anam-Áire
Vandre i naturen, spise deilig mat, poesi, leke med barna våre, danse og synge,...
nysgjerrige barn 9 17
5 måter å holde barna nysgjerrige på
by Perry Zurn
Barn er naturlig nysgjerrige. Men ulike krefter i miljøet kan dempe nysgjerrigheten deres over...
hvorfor du bør si ifra 9
Hvorfor du bør si ifra i samtaler med fremmede
by Quinn Hirschi
I samtaler med fremmede har folk en tendens til å tro at de burde snakke mindre enn halvparten av tiden for å...
naturlig kjæledyrfôr 9 6
Slik gjør du trygt rått kjøtt til kjæledyr
by Veronika Bulochova og Ellen W. Evans
Å mate kjæledyr med rått kjøtt og fisk er en økende trend, populært blant kjæledyroppdrettere, kjæledyrhelse ...
en bestemor hjelper barnebarnet med å tenne lys i en kirke i Lviv
Hvorfor nyhetsforbrukere opplever krisetretthet
by Rebecca Rozelle-Stone
Å være oppmerksom på realiteter som krig er ofte smertefullt, og folk er ikke godt rustet til å holde en …
skjule inflasjon 9 14
3 måter selskaper endrer produktene sine for å skjule inflasjon
by Adrian Palmer
Det er visse produktendringer som bedrifter kan og gjør for å prøve å stille sammen økte ...

Nye holdninger - Nye muligheter

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publikasjoner. Alle rettigheter reservert.