Ученые разработали материал, который обладает свойствами хряща

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.