Lab-lavet knæbrusk slår The Real Thing

udskiftning af knæbrusk 8 16
En ny laboratoriefremstillet knæbrusk er 26 % stærkere end naturlig brusk i spænding, noget som at ophænge syv flygler fra en nøglering og 66 % stærkere i kompression - hvilket ville være som at parkere en bil på et frimærke. (Kredit: Daniel Thiele/Unsplash)

En ny gel-baseret knæbrusk-erstatning er stærkere og mere holdbar end den ægte vare, ifølge en ny undersøgelse.

Smertestillende midler i håndkøb, fysioterapi, steroidinjektioner - nogle mennesker har prøvet det hele og har stadig smerter i knæet.

Ofte kommer knæsmerter fra det progressive slid af brusk kendt som slidgigt, som rammer næsten hver sjette voksne – 867 millioner mennesker – på verdensplan. For dem, der ønsker at undgå at udskifte hele knæleddet, kan den nye brusk snart hjælpe patienterne hurtigt, smertefrit og forblive på fode igen.

Som rapporteret i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer, afslører mekanisk test, at hydrogelen - et materiale lavet af vandabsorberende polymerer - kan presses og trækkes med mere kraft end naturlig brusk og er tre gange mere modstandsdygtig over for slid.

Implantater lavet af materialet er i øjeblikket ved at blive udviklet af Sparta Biomedical og testet i får. Forskere forbereder sig på at begynde kliniske forsøg med mennesker næste år.

"Hvis alt går efter planen, bør det kliniske forsøg starte så snart som april 2023," siger Benjamin Wiley, en kemiprofessor ved Duke University, der ledede forskningen sammen med Ken Gall, en professor i maskinteknik og materialevidenskab.

Naturlig knæbrusk

For at fremstille dette materiale tog holdet tynde plader af cellulosefibre og infunderede dem med en polymer kaldet polyvinylalkohol - en tyktflydende goo bestående af snorlige kæder af gentagne molekyler - for at danne en gel.

Cellulosefibrene virker som kollagenfibre i naturlig brusk, siger Wiley - de giver gelen styrke, når den strækkes. Polyvinylalkoholen hjælper den med at vende tilbage til sin oprindelige form. Resultatet er et Jello-lignende materiale, 60% vand, som er smidigt og alligevel overraskende stærkt.

Naturlig brusk kan modstå en kæmpestor 5,800 til 8,500 pounds pr. tomme af hhv. træk og squishing, før den når sit bristepunkt. Den laboratoriefremstillede version er den første hydrogel, der kan klare endnu mere. Det er 26 % stærkere end naturlig brusk i spænding, noget som at ophænge syv flygler fra en nøglering og 66 % stærkere i kompression - hvilket ville være som at parkere en bil på et frimærke.


 Få det nyeste via e-mail

Ugeblad Daglig inspiration

"Det er virkelig ude af hitlisterne med hensyn til hydrogelstyrke," siger Wiley.

Holdet har allerede lavet hydrogeler med bemærkelsesværdige egenskaber. I 2020 rapporterede de, at de havde skabt den første hydrogel stærk nok til knæ, som mærker kraften fra to til tre gange kropsvægten med hvert skridt.

At anvende gelen til praktisk brug som bruskerstatning gav dog yderligere designudfordringer. Den ene var at opnå de øvre grænser for bruskens styrke. Aktiviteter som at hoppe, longere eller gå på trapper sætter et tryk på omkring 10 megapascal på brusken i knæet, eller omkring 1,400 pund pr. kvadrattomme. Men vævet kan tage op til fire gange så meget, før det knækker. "Vi vidste, at der var plads til forbedring," siger Wiley.

Knæimplantater holder ikke evigt

Tidligere brugte forskere, der forsøgte at skabe stærkere hydrogeler, en fryse-tø-proces til at producere krystaller i gelen, som driver vand ud og hjælper med at holde polymerkæderne sammen. I den nye undersøgelse brugte forskerne i stedet for at fryse og optø hydrogelen en varmebehandling kaldet annealing til at lokke endnu flere krystaller til at danne i polymernetværket.

Ved at øge krystalindholdet var forskerne i stand til at producere en gel, der kan modstå fem gange så meget stress ved at trække og næsten dobbelt så meget klem i forhold til fryse-tø-metoder. Den forbedrede styrke af den udglødede gel hjalp også med at løse en anden designudfordring: at fastgøre den til samlingen og få den til at blive siddende.

Brusk danner et tyndt lag, der dækker enderne af knoglerne, så de ikke kværner mod hinanden. Tidligere undersøgelser har ikke været i stand til at fastgøre hydrogeler direkte til knogler eller brusk med tilstrækkelig styrke til at forhindre dem i at bryde løs eller glide af. Så Duke-holdet fandt på en anden tilgang.

Deres fastgørelsesmetode involverer cementering og fastspænding af hydrogelen til en titan grundlag. Denne presses derefter og forankres i et hul, hvor den beskadigede brusk plejede at være. Tests viser, at designet forbliver fastspændt 68 % mere fast end naturlig brusk på knogler.

"En anden bekymring for knæimplantater er slid over tid, både af selve implantatet og den modsatte brusk," siger Wiley.

'En dramatisk ændring i behandlingen'

Andre forskere har forsøgt at erstatte beskadiget brusk med knæimplantater lavet af metal eller polyethylen, men fordi disse materialer er stivere end brusk, kan de gnave mod andre dele af knæet.

I slidtests tog forskerne kunstig brusk og naturlig brusk og snurrede dem mod hinanden en million gange, med et tryk svarende til det, knæet oplever under gang.

Ved at bruge en højopløsnings røntgenscanningsteknik kaldet mikrocomputertomografi (mikro-CT) fandt forskerne ud af, at overfladen af ​​deres laboratoriefremstillede version holdt sig tre gange bedre end den ægte vare. Men fordi hydrogelen efterligner den glatte, glatte, stødabsorberende natur af ægte brusk, beskytter den andre ledoverflader mod friktion, når de glider mod implantatet.

Naturlig brusk er bemærkelsesværdigt holdbart stof. Men når den først er beskadiget, har den begrænset evne til at helbrede, fordi den ikke har nogen blodkar, siger Wiley.

I USA, slidgigt er dobbelt så almindeligt i dag, end det var for et århundrede siden. Kirurgi er en mulighed, når konservative behandlinger mislykkes. I løbet af årtierne har kirurger udviklet en række minimalt invasive tilgange, såsom at fjerne løs brusk, eller lave huller for at stimulere ny vækst eller transplantation af sund brusk fra en donor. Men alle disse metoder kræver måneders genoptræning, og nogle procenter af dem mislykkes over tid.

Generelt betragtet som en sidste udvej, er total knæudskiftning en gennemprøvet måde at lindre smerter på. Men kunstige led holder heller ikke evigt. Især for yngre patienter, der ønsker at undgå større operationer for en enhed, der kun skal udskiftes igen, siger Wiley, "der er bare ikke særlig gode muligheder derude."

"Jeg tror, ​​at dette vil være en dramatisk ændring i behandlingen for mennesker på dette stadium," siger Wiley.

Sparta Biomedical og Shared Materials Instrumentation Facility ved Duke University finansierede arbejdet. Wiley og Gall er aktionærer i Sparta Biomedical.

kilde: Duke University


Anbefalede bøger: Sundhed

Frisk frugt rensesFrisk frugtrensning: Afvænning, tabe sig og gendanne dit helbred med naturens mest lækre mad [Paperback] af Leanne Hall.
Gå ned i vægt og føl dig levende sund, mens du renser din krop for toksiner. Frisk frugt renses tilbyder alt, hvad du har brug for til en nem og kraftig detox, inklusive daglige programmer, lækre opskrifter og råd til overgang fra rensningen.
Klik her for mere info og / eller for at bestille denne bog på Amazon.

Trives madTrives mad: 200 plantebaserede opskrifter til Peak Health [Paperback] af Brendan Brazier.
Bygger på den stressreducerende, sundhedsfremmende ernæringsfilosofi, der blev introduceret i hans anerkendte veganske ernæringsvejledning Trives, den professionelle Ironman-triatlet Brendan Brazier vender nu sin opmærksomhed mod din tallerken (morgenmadskål og frokostbakke også).
Klik her for mere info og / eller for at bestille denne bog på Amazon.

Død ved medicin af Gary NullDød ved medicin af Gary Null, Martin Feldman, Debora Rasio og Carolyn Dean
Det medicinske miljø er blevet en labyrint af sammenlåsende virksomheds-, hospitaler og statslige bestyrelser, infiltreret af lægemiddelvirksomhederne. De mest giftige stoffer godkendes ofte først, mens mildere og mere naturlige alternativer ignoreres af økonomiske årsager. Det er død ved medicin.
Klik her for mere info og / eller for at bestille denne bog på Amazon.


Flere artikler af denne forfatter

Du vil måske også kunne lide

følg InnerSelf på

facebook ikontwitter-ikonyoutube-ikoninstagram ikonpintrest ikonrss ikon

 Få det nyeste via e-mail

Ugeblad Daglig inspiration

TILGÆNGELIGE SPROG

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

MEST LÆS

børn og meditation 9 9
Meditation har potentiale til at behandle børn, der lider af traumer, vanskelige diagnoser eller stress
by Hilary A. Marusak
Børn, der aktivt mediterer, oplever lavere aktivitet i dele af hjernen, der er involveret i...
kat bliver kælet
4 måder at fortælle, om din kat elsker dig
by Emily Blackwell
Selv de mest hengivne katteejere spekulerer på et tidspunkt, om deres kat virkelig elsker dem.
baby smilende
Omdøbning og genvinding af det hellige
by Phyllida Anam-Áire
At gå i naturen, spise lækker mad, poesi, lege med vores børn, danse og synge,...
nysgerrige børn 9 17
5 måder at holde børn nysgerrige på
by Perry Zurn
Børn er naturligvis nysgerrige. Men forskellige kræfter i miljøet kan dæmpe deres nysgerrighed over...
hvorfor du skal sige fra 9
Hvorfor du bør tale op i samtaler med fremmede
by Quinn Hirschi
I samtaler med fremmede har folk en tendens til at tro, at de burde tale mindre end halvdelen af ​​tiden for at...
naturligt foder til kæledyr 9 6
Sådan laver du råt kød til kæledyr sikkert
by Veronika Bulochova og Ellen W. Evans
Fodring af kæledyr med råt kød og fisk er en voksende trend, populært af kæledyrsavlere, kæledyrssundhed...
en bedstemor hjælper sit barnebarn med at tænde lys i en kirke i Lviv
Hvorfor nyhedsforbrugere oplever krisetræthed
by Rebecca Rozelle-Stone
At være opmærksom på realiteter som krig er ofte smertefuldt, og folk er ikke godt rustet til at holde en...
skjule inflation 9 14
3 måder, virksomheder ændrer deres produkter på for at skjule inflation
by Adrian Palmer
Der er visse produktændringer, som virksomheder kan og gør for at forsøge stille og roligt at folde øget ...

Nye holdninger - nye muligheder

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Marked
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf-publikationer. Alle rettigheder forbeholdes.