یک سال تا استفاده از هیدروژل جایگزین غضروف در انسان

غضروف‌ نقش مهمی در عملکرد زانوها بازی می‌کند. اما متاسفانه هنگامی‌ که آسیب‌ دیده و یا فرسوده شود، ترمیم آن دشوار است. زانو مهم‌ترین بخش بدن برای تحمل فشار است. بنابراین غضروف زانو باید به اندازه‌ای قوی باشد که وزن یک فرد را تحمل کند. در عین حال، این غضروف باید در برابر فشارهای وارده در هر گامی که برمی‌داریم، به اندازه کافی نرم باشد. ولی زمانی‌ که این ماده مفید در بدن آسیب می‌بیند یا پس از چندین دهه استفاده، از بین می‌رود، به خوبی بهبود نمی‌یابد.

به این ترتیب گاهی اوقات تنها کاری که باید انجام شود، تعویض کامل زانو است. گرچه که قطعا هیچ کدام از این راهکارها به خوبی زانوی اصلی نخواهد بود.

مدت‌ زمان زیادی است که محققان هیدروژل‌ها را به عنوان یک ماده جایگزین برای غضروف مورد مطالعه قرار داده‌اند.

هیدروژل‌ها طبقه‌ای متنوع از مواد هستند که همانطور که از اسم آنها پیداست، ژلی هستند که ماده اصلی تشکیل‌ دهنده آنها آب است.

استفاده از این مواد در پزشکی در حال افزایش است که از میان آنها می‌توان به کمک به بهبود زخم‌ها، قطع خونریزی و حتی تحریک رشد مجدد بافت‌ها اشاره کرد.

همانطور که گفته شد، درد مفاصل متاثر از فرسودگی غضروف‌ها، یکی از بیماری‌های شایع مرتبط با پیری است. اکنون محققان دانشگاه "دوک" یک هیدروژل جدید ساخته‌اند که قوی‌تر و بادوام‌تر از غضروف واقعی است و می‌تواند ماندگاری بیشتری در زانو داشته باشد.

غضروف طبیعی نقش مهمی در محافظت از مفاصل ایفا می‌کند، اما متأسفانه پس از آسیب ناشی از افزایش سن یا آسیب، خود را به خوبی بازسازی نمی‌کند. گزینه‌های درمانی کنونی معمولاً محدود به داروهای ضد درد، فیزیوتراپی یا جایگزینی کامل مفصل زانو است. اما اگر کار جدید تیم تحقیقاتی دانشگاه "دوک" به نتیجه برسد، ممکن است به زودی گزینه بهتری در دسترس باشد.

هیدروژل‌های نرم و انعطاف‌پذیر به‌عنوان مواد جایگزین بالقوه غضروف مورد بررسی قرار گرفته‌اند، اما اکثر آنها برای تحمل وزن بسیار ضعیف‌تر از آن بوده‌اند که باید باشند.

تیم دانشگاه "دوک" در سال ۲۰۲۰ یک هیدروژل ساخت که دارای خواصی بود که به خوبی غضروف طبیعی بود و اکنون نسخه‌ای را توسعه داده‌اند که از غضروف واقعی فراتر رفته است.

این هیدروژل جدید از الیاف سلولزی تشکیل شده است که مواد را در حین کشش، قوی می‌کند و حاوی "پلی‌وینیل‌ الکل" است که به آن کمک می‌کند به شکل اولیه خود بازگردد. این تیم همچنین روش تولید خود را بهینه‌سازی کرده است و به جای انجماد و ذوب مانند اکثر هیدروژل‌ها، آن را مانند شیشه بازپخت کردند که موجب تشکیل بلور بیشتر در شبکه پلیمری می‌شود.

بازپخت در متالورژی، یک عنوان کلی در عملیات حرارتی است که شامل حرارت‌دهی و نگه ‌داشتن در یک دمای خاص و سپس خنک‌ کردن با نرخ مناسب است و عموماً برای نرم‌کردن مواد استفاده می‌شود.

نتیجه نهایی، یک هیدروژل با استحکام کششی ۵۱ مگاپاسکال و مقاومت فشاری ۹۸ مگاپاسکال است. این تیم می‌گوید که استحکام کششی این هیدروژل، ۲۶ درصد و مقاومت فشاری آن ۶۶ درصد بالاتر از غضروف طبیعی است. همچنین دارای پنج برابر استحکام کششی و دو برابر مقاومت فشاری بیشتر نسبت به دیگر هیدروژل‌های ساخته شده با روش انجماد و ذوب است.

این تیم در آزمایش‌های دیگر، از دستگاهی برای سایش غضروف مصنوعی خود بر روی غضروف طبیعی، تحت فشاری مشابه با فشار روی زانو در هنگام راه رفتن استفاده کردند و دوباره ثابت شد که غضروف مصنوعی سه برابر بیشتر از غضروف طبیعی در برابر سایش مقاوم است.

اتصال هیدروژل‌ها به استخوان در مفصل زانو همیشه دشوار بوده‌ است، بنابراین این تیم یک دستگاه قابل کاشت برای رفع این مشکل ابداع کرد. بدین ترتیب، هیدروژل مانند سیمان روی یک پایه تیتانیوم ریخته می‌شود و سپس با هم به سوراخی که روی غضروف آسیب دیده ایجاد شده، متصل می‌شوند. محققان با این کار به استحکام ۲ مگاپاسکالی رسیدند که ۶۸ درصد قوی‌تر از چسبیدن غضروف طبیعی به استخوان است.

این تیم می‌گوید که ایمپلنت‌های ساخته‌ شده از این ماده در حال حاضر روی گوسفندان در حال آزمایش هستند و آزمایش‌های بالینی انسانی آن در ماه آوریل سال ۲۰۲۳ انجام خواهد شد.

این تحقیق در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.