La incomparable fuerza líquida del cartílago, que es aproximadamente un 80 por ciento de agua, soporta algunas de las fuerzas más duras en nuestros cuerpos.
Los materiales sintéticos no podían igualarlo, hasta que los investigadores de la Universidad de Michigan y la Universidad de Jiangnan desarrollaron "Kevlartilage".
"Sabemos que estamos compuestos principalmente de agua, toda la vida lo hace, y sin embargo nuestros cuerpos tienen mucha estabilidad estructural", dijo Nicholas Kotov, profesor de ingeniería Joseph B. y Florence V. Cejka en la UM, quiendirigió el estudio: "Comprender el cartílago es comprender cómo las formas de vida pueden combinar propiedades que a veces son impensables".
Muchas personas con lesiones en las articulaciones se beneficiarían de un buen reemplazo para el cartílago, como los 850,000 pacientes en los EE. UU. Que se someten a cirugías para extirpar o reemplazar el cartílago en la rodilla.
Si bien otras variedades de cartílago sintético ya se están sometiendo a ensayos clínicos, estos materiales se dividen en dos campos que eligen entre los atributos del cartílago, incapaces de lograr esa combinación poco probable de resistencia y contenido de agua.
Los otros materiales sintéticos que imitan las propiedades físicas del cartílago no contienen suficiente agua para transportar los nutrientes que las células necesitan para prosperar, dijo Kotov.
Mientras tanto, los hidrogeles, que incorporan agua en una red de moléculas largas y flexibles, pueden diseñarse con suficiente agua para apoyar el crecimiento de las células de condrocitos que forman el cartílago natural. Sin embargo, esos hidrogeles no son especialmente fuertes.rasgue debajo de las cepas una fracción de lo que el cartílago puede manejar.
El nuevo hidrogel a base de Kevlar recrea la magia del cartílago combinando una red de nanofibras resistentes de Kevlar, las fibras "aramidas" más conocidas por fabricar chalecos antibalas, con un material comúnmente utilizado en reemplazos de cartílago de hidrogel, llamado alcohol de poliviniloo PVA.
En el cartílago natural, la red de proteínas y otras biomoléculas se fortalece al resistir el flujo de agua entre sus cámaras. La presión del agua reconfigura la red, lo que le permite deformarse sin romperse. Se libera agua en el proceso, yla red se recupera al absorber agua más tarde.
Este mecanismo permite que las articulaciones de alto impacto, como las rodillas, se enfrenten a las fuerzas de castigo. Correr golpea repetidamente el cartílago entre los huesos, forzando el agua a salir y haciendo que el cartílago sea más flexible como resultado. Luego, cuando el corredor descansa, elel cartílago absorbe agua para que vuelva a proporcionar una fuerte resistencia a la compresión.
El cartílago sintético cuenta con el mismo mecanismo, libera agua bajo tensión y luego se recupera al absorber agua como una esponja. Las nanofibras de aramida construyen la estructura del material, mientras que el PVA atrapa el agua dentro de la red cuando el material está expuesto a estiramientos ocompresión. Incluso las versiones del material que eran 92 por ciento de agua eran comparables en resistencia al cartílago, con la versión de 70 por ciento logrando la resistencia del caucho.
Como las nanofibras de aramida y el PVA no dañan las células adyacentes, Kotov anticipa que este cartílago sintético puede ser un implante adecuado para algunas situaciones, como las partes más profundas de la rodilla. También se pregunta si los condrocitos podrían absorberresidencia dentro de la red sintética para producir un cartílago híbrido.
Pero sus aplicaciones potenciales no se limitan al cartílago. Sospecha que redes similares, con diferentes proporciones de nanofibras de aramida, PVA y agua, pueden ser capaces de reemplazar otros tejidos blandos.
"Tenemos muchas membranas en el cuerpo que requieren las mismas propiedades. Me gustaría evaluar el espacio", dijo Kotov. "Hablaré con los médicos acerca de dónde está la necesidad aguda y dónde esta intersección de las propiedadespermítanos lograr el mejor avance y el mayor impacto "
Kotov es miembro del Instituto de Biointerfaces, que proporciona espacio compartido para investigadores de las escuelas de ingeniería y medicina de la UM. También es profesor de ingeniería química, ciencia e ingeniería de materiales, y ciencia e ingeniería macromolecular.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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