Когда хрящ в суставах, таких как колени, повреждается, он заживает очень медленно, если вообще заживает. Однако экспериментальный новый биогибридный материал может однажды заменить его и даже способствовать росту нового, натурального хряща.
Одна из проблем при разработке искусственного хряща заключается в том, что, как и его натуральный аналог, материал должен быть достаточно податливым, чтобы сгибаться вместе с суставом, и в то же время достаточно прочным, чтобы выдерживать постоянно воздействующие на него нагрузки.
В прошлом вещества, изготовленные из природных полимеров, таких как коллаген, фибрин или гиалуроновая кислота, предлагались в качестве заменителей, наряду с полностью синтетическими аналогами. По словам ученых из Корнельского университета, ни один из подходов не смог успешно совместить два ключевых качества настоящего хряща.
Учитывая это ограничение, исследователи разработали биогибридный материал, состоящий из волокон натурального коллагена, взвешенных в синтетическом гидрогеле. Гель является цвиттер-ионным, что означает, что каждый ион в нем заряжен как положительно, так и отрицательно.
Когда гидрогель и коллаген смешиваются, ионы в геле взаимодействуют с положительно и отрицательно заряженными ионами в коллагеновых волокнах, вызывая самосборку последних во взаимосвязанную сеть, подобную той, что имеется в натуральном коллагене. Полученный материал получается прочным и эластичным, мягким и гибким.
В ходе лабораторных испытаний было установлено, что биогибрид «приближается к показателям» естественного суставного хряща — он на 40% более эластичен, чем цвиттер-ионный гель без добавления коллагена, а также обладает в 11 раз большей энергией разрушения (что является мерой прочности). Кроме того, поскольку новый материал является биосовместимым, он может принимать соседние хрящевые клетки, которые мигрируют в него и размножаются.
«В конечном счете, мы хотим создать что-то для целей регенеративной медицины, например, каркас, способный выдерживать некоторые начальные нагрузки до полной регенерации ткани», — поделился один из авторов работы. «С помощью этого материала вы можете на 3D-принтере напечатать пористый каркас с клетками, которые в конечном итоге могут создать настоящую ткань вокруг каркаса».