Gel similar al Cartílago Lo Suficientemente Fuerte para Rodillas Artificiales

El cartílago humano es un material complejo, lo suficientemente fuerte como para soportar mucho peso, pero también lo suficientemente flexible como para amortiguar el impacto en las articulaciones y estirarse y torcerse en diferentes direcciones.

Esta complejidad es la razón por la que los investigadores se han visto desafiados a encontrar una alternativa artificial viable al cartílago en un laboratorio. Sin embargo, los investigadores de la Universidad de Duke creen que se han acercado con un nuevo gel que puede igualar tanto la resistencia como la durabilidad del material humano.

El material que el equipo de Duke desarrolló es un hidrogel, un material compuesto de polímeros absorbentes de agua, que es similar al cartílago humano en el sentido de que puede soportar cargas pesadas y giros y vueltas sin un desgaste significativo con el tiempo, dijo Ben Wiley, profesor de Duke y científico de materiales que codirigió el trabajo con el profesor Ken Gall.

» Nos propusimos hacer el primer hidrogel que tenga las propiedades mecánicas del cartílago», dijo Wiley sobre los objetivos del equipo para su proyecto.

Si bien el cartílago es realmente resistente, los años de desgaste, especialmente por parte de los atletas o aquellos que practican muchos deportes, son difíciles de reparar. Los investigadores imaginan que el gel se puede usar para reemplazar el cartílago dañado en personas que necesitan reemplazar el cartílago alrededor de las articulaciones, como las rodillas, o toda la articulación en sí, pero que desean posponer la cirugía grave el mayor tiempo posible.

El nuevo hidrogel desarrollado por los investigadores se compone de dos redes de polímeros entrelazados. Uno está hecho de hebras flexibles similares a los espaguetis, mientras que el otro es más rígido; ambos tienen cargas negativas a lo largo de su longitud. El tercer elemento del material es una malla de fibras de celulosa que refuerzan los otros dos materiales.

«Solo esta combinación de los tres componentes es flexible y rígida y, por lo tanto, fuerte», dijo Feichen Yang, uno de los investigadores del proyecto que obtuvo un doctorado en química en el laboratorio de Wiley, en un comunicado de prensa.

Como Gelatina, Pero más Fuerte

La capacidad del material para trabajar como cartílago se basa en dos reacciones clave a la presión. Una es que cuando se estira el gel, las fibras de celulosa resisten el tirón y ayudan a mantener el material unido.

Alternativamente, cuando se exprime el hidrogel, las cargas negativas a lo largo de las cadenas de polímeros rígidos se repelen entre sí y se adhieren al agua. Esta reacción ayuda a que el material vuelva a su forma original.

En apariencia, el material no se ve diferente a la gelatina, aunque el postre popular no tiene nada en el hidrogel en términos de fuerza. A pesar de que el gel es 60 por ciento de agua, un disco del tamaño de un cuarto puede soportar aproximadamente 100 libras de peso sin rasgarse o perder su forma.

El equipo publicó un artículo sobre su trabajo en la revista Advanced Functional Materials.

Los investigadores realizaron varias pruebas para demostrar el rendimiento del material. En uno, los investigadores lo sometieron a 100,000 ciclos de tracción repetida, con resultados sorprendentes, dijeron. El material era tan duradero como el titanio poroso utilizado para implantes óseos.

En otro experimento, el equipo frotó el nuevo material contra el cartílago natural un millón de veces. Los resultados mostraron que la superficie del hidrogel es tan resistente al desgaste como la real y cuatro veces más resistente al desgaste que los implantes de cartílago sintético aprobados actualmente por la FDA para usarse en el dedo gordo del pie.

Aunque pasarán al menos otros tres años antes de que las pruebas de laboratorio puedan pasar a los ensayos clínicos, los investigadores planean continuar desarrollando el material. Su siguiente paso será crear un implante que puedan probar en ovejas.

Elizabeth Montalbano es una escritora independiente que ha escrito sobre tecnología y cultura durante más de 20 años. Ha vivido y trabajado como periodista profesional en Phoenix, San Francisco y Nueva York. En su tiempo libre, disfruta del surf, los viajes, la música, el yoga y la cocina. Actualmente reside en un pueblo en la costa suroeste de Portugal.

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