Коли хрящ в суглобах, таких як коліна, пошкоджується, він заживає дуже повільно, якщо взагалі заживає. Однак експериментальний новий біогібридний матеріал може одного дня замінити його і навіть сприяти зростанню нового, натурального хряща.
Одна з проблем при розробці штучного хряща полягає в тому, що, як і його натуральний аналог, матеріал повинен бути досить податливим, щоб згинатися разом з суглобом, і водночас досить міцним, щоб витримувати навантаження, які постійно впливають на нього.
У минулому речовини, виготовлені з природних полімерів, таких як колаген, фібрин або гіалуронова кислота, пропонувалися в якості замінників, поряд з повністю синтетичними аналогами. За словами вчених з Корнельського університету, жоден з підходів не зміг успішно поєднати дві ключових якості справжнього хряща.
З огляду на це обмеження, дослідники розробили біогібридний матеріал, що складається з волокон натурального колагену, зважених в синтетичному гідрогелі. Гель є цвіттер-іонним, що означає, що кожен іон в ньому заряджений як позитивно, так і негативно.
Коли гідрогель і колаген змішуються, іони в гелі взаємодіють з позитивно і негативно зарядженими іонами в колагенових волокнах, викликаючи самозбірку останніх у взаємопов’язану мережу, подібну до тієї, що є в натуральному колагені. Отриманий матеріал виходить міцним і еластичним, м’яким і гнучким.
В ході лабораторних випробувань було встановлено, що біогібрид «наближається до показників» природного суглобового хряща — він на 40% більш еластичний, ніж цвіттер-іонний гель без додавання колагену, а також володіє в 11 разів більшою енергією руйнування (що є мірою міцності). Крім того, оскільки новий матеріал є біосумісним, він може приймати сусідні хрящові клітини, які мігрують в нього і розмножуються.
“Зрештою, ми хочемо створити щось для цілей регенеративної медицини, наприклад, каркас, здатний витримувати деякі початкові навантаження до повної регенерації тканини», — поділився один з авторів роботи. “За допомогою цього матеріалу ви можете на 3D-принтері надрукувати пористий каркас з клітинами, які в кінцевому підсумку можуть створити справжню тканину навколо каркаса».