Ученые разработали материал, который обладает свойствами хряща — Naked Science
5 минут
Мария Кривоченко

Ученые разработали материал, который обладает свойствами хряща

Химики из Университета Дьюка в США представили новый гидрогель — такой же сильный, как человеческий хрящ. Это первый материал, способный выдерживать нагрузки суставов и не изнашиваться со временем.

Монетный образец нового гидрогеля может выдержать вес 100-фунтовой (45-килограммовой) гири, не разрываясь и не теряя своей формы
Монетный образец нового гидрогеля может выдержать вес 100-фунтовой (45-килограммовой) гири, не разрываясь и не теряя своей формы

Хрящ — соединительная ткань, достаточно прочная, чтобы выдерживать вес человека и трение от каждого шага, но при этом мягкая, эластичная и облегчает урон от ударов. К сожалению, хрящ может изнашиваться со временем или порваться от травм и очень плохо восстанавливается. До сих пор похожий на него материал было трудно воспроизвести в лабораторных условиях: любые альтернативы не справлялись с нагрузкой.

Для замены хрящей с 1970-х используют гидрогель — он достаточно скользкий, хорошо приживается и не наносит вреда соседним клеткам. Но для несущих суставов, как колено, он слишком слабый, поэтому, если у человека начинаются проблемы с коленом, его приходится менять целиком. Ученые из Университета Дьюка считают, что, наконец, разработали гидрогель, который может сравниться по свойствам с хрящевой тканью. Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.

Гель состоит из трех полимерных сетей: одна сплетена из эластичных нитей; вторая — из более жестких, с отрицательными зарядами по всей длине, третья — из целлюлозных волокон. «Только это сочетание всех трех компонентов — одновременно гибкое, жесткое и, следовательно, сильное», — говорит Фейхен Янг, соавтор исследования. Когда материал растягивается, целлюлозные волокна сопротивляются и спасают его от разрывов. Когда сжимается, отрицательные заряды вдоль жестких полимерных цепей отталкиваются друг от друга и прилипают к воде, помогая ей вернуться к своей первоначальной форме.

«Мы решили сделать первый гидрогель, который обладает механическими свойствами хряща», — сказал Бен Уайли, профессор химии. Команда показала возможности нового материала. Всего один диск размером с монету удержал 45-килограммовую гирю, не теряя при этом формы, а с растяжениями (растянули его около 100 000 раз) он справляется так же хорошо, как пористый титан, который используют для изготовления костных имплантатов. Наконец, чтобы проверить износостойкость, его терли около миллиона раз: оказалось, материал выдерживает трение как натуральный хрящ — и в четыре раза лучше современных синтетических.

Разработка может помочь людям, у которых есть проблемы с коленным суставом и которые не хотят по каким-либо причинам соглашаться на его замену (это сложная операция, требующая длительного восстановления, а очереди на нее можно ждать годами). Руководители исследования Бен Уайли и Кен Галл считают, что однажды они предложат альтернативу 600 тысячам операций, выполняемых в США каждый год. Клиническое использование нового гидрогеля начнется в лучшем случае через несколько лет, до этого придется пройти тесты на его безопасность. Тем временем химики планируют создать имплантат, который можно будет протестировать на овцах.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 10:31
28 минут
Илья Ведмеденко

Программа ПАК ДП (перспективный авиационный комплекс дальнего перехвата) привлекает к себе все больше внимания. Разберемся, что это такое и появится ли у России новый боевой самолет.

Вчера, 16:27
8 минут
Мария Азарова

Ученые проверили, может ли полиненасыщенная жирная кислота класса омега-6 DGLA, которая регулирует производство нескольких важных групп сигнальных молекул, запускать ферроптоз клеток, в том числе раковых.

41 минута назад
7 минут
Сергей Васильев

Необычные эксперименты показали, что подключение легких к кровеносной системе животного позволяет не только поддерживать жизнеспособность донорских органов, но и восстанавливает их функции.

Позавчера, 10:31
28 минут
Илья Ведмеденко

Программа ПАК ДП (перспективный авиационный комплекс дальнего перехвата) привлекает к себе все больше внимания. Разберемся, что это такое и появится ли у России новый боевой самолет.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

10 июля
5 минут
Сергей Васильев

Белок, выделенный из крови «тренированных» мышей, запускает такое же улучшение когнитивных функций и без всяких физических нагрузок.

6 июля
5 минут
Мария Азарова

Ученые, работающие с крупнейшим в мире радиотелескопом, сообщили об обнаружении эмиссии нейтрального водорода, исходящей от объектов за пределами нашей Галактики.

10 июля
7 минут
Мария Кривоченко

Биологи выяснили, какое воздействие оказывают радиоволны на эмбрионы рыб. Оказалось, они существенно не влияют на уровень смертности, морфологию и реакцию на свет, но немного подавляют сенсомоторные функции. Как это скажется на взрослых особях, еще предстоит выяснить.

1 июля
5 минут
Мария Кривоченко

Один из детекторов Большого адронного коллайдера обнаружил новую частицу, состоящую из четырех очарованных кварков. Физики полагают, что это первый представитель неописанного класса частиц.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: