Il sottile strato di cartilagine che risiede tra le ossa del ginocchio oltre a essere forte da resistere al peso di una persona, è abbastanza morbido da attutire l’articolazione dagli impatti e da decenni di uso ripetuto. Fino ad ora una tale combinazione è stata difficile da riprodurre in laboratorio. I ricercatori del Duke University hanno detto di aver creato idrogel sperimentale che è il primo ad abbinare la forza e l’elasticità della cartilagine del ginocchio.
Idrogel in grado di sopportare carichi pesanti
I ricercatori nel loro articolo pubblicato su Advanced Functional Materials hanno detto che il materiale che hanno creato, nonostante sia composto per il 60% da acqua, un singolo disco senza lacerarsi o perdere la sua forma può sopportare il peso di 45 kg di un kettlebell (attrezzo ginnico di forma sferica con una maniglia). I creatori dicono che è il primo idrogel (un materiale fatto di polimeri che assorbono l’acqua) che è durevole e in grado di sopportare carichi pesanti come la cartilagine umana.
I ricercatori, guidati da Ben Wiley e Ken Gall, scienziati della chimica e dei materiali, sperano che il loro lavoro un giorno consentirà alle persone con problemi al ginocchio di ottenere una sostituzione della cartilagine danneggiata. Tale sviluppo fornirebbe un’alternativa ai 600.000 interventi di sostituzione del ginocchio che di solito ogni anno vengono eseguiti negli Stati Uniti.
Gli idrogel sebbene siano stati utilizzati da anni nelle sostituzioni della cartilagine, non sono mai stati abbastanza resistenti per l’articolazione del ginocchio portante. Ben Wiley ha detto: «Abbiamo deciso di realizzare il primo idrogel che ha le proprietà meccaniche della cartilagine».
Materiale resistente alla compressione e allo schiacciamento
Il nuovo idrogel è realizzato utilizzando due reti polimeriche intrecciate, la prima è fatta di fili elastici mentre la seconda è più intrecciata e rigida. Entrambi hanno cariche negative lungo la loro lunghezza. Le due reti polimeriche sono quindi rinforzate utilizzando una rete a maglie di fibre di cellulosa.
Le fibre di cellulosa resistono alla trazione quando il gel è allungato, aiutano a tenere insieme il materiale. Le cariche negative, nel frattempo, si respingono l’una con l’altra e si legano all’acqua, aiutando l’elemento idrogel a mantenere la sua forma originale quando è schiacciato.
Feichen Yang ha detto: «Solo questa combinazione di tutti e tre i componenti è flessibile e rigida, quindi è forte».
I ricercatori dopo aver confrontato il loro materiale con altri idrogel e averlo sottoposto a un test ripetuto di 100.000 cicli di trazioni, ha deciso che era paragonabile alla forza della cartilagine sia in termini di schiacciamento, sia di allungamento.
Ben Wiley in conclusione ha detto:
«Il trasferimento del materiale dal laboratorio alla clinica richiederà almeno altri tre anni. I test iniziali suggeriscono che il materiale non è tossico per le cellule coltivate in laboratorio. Il passo successivo è progettare un impianto che può essere testato nelle pecore».
Il team di ricercatori in definitiva afferma che la loro ricerca potrebbe costituire un’immensa svolta nel campo della salute e della medicina, poiché potrebbe portare le persone con dolori al ginocchio a recuperare in breve tempo, eliminando allo stesso tempo la limitata durata di vita associata alla riparazione della cartilagine e alla chirurgia di sostituzione del ginocchio.
