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Recensito da Emily Henderson, B.Sc.
Antidolorifici da banco, terapia fisica, iniezioni di steroidi: alcune persone hanno provato di tutto e stanno ancora affrontando il dolore al ginocchio.
Spesso il dolore al ginocchio deriva dalla progressiva usura della cartilagine nota come osteoartrite, che colpisce quasi un adulto su sei – 867 milioni di persone – in tutto il mondo. Per coloro che vogliono evitare di sostituire l’intera articolazione del ginocchio, presto potrebbe esserci un’altra opzione che potrebbe aiutare i pazienti a rimettersi in piedi velocemente, senza dolore e rimanere così.
Scrivendo sulla rivista Advanced Functional Materials , un team guidato dalla Duke University afferma di aver creato il primo sostituto della cartilagine a base di gel che è ancora più forte e più durevole della cosa reale.
I test meccanici rivelano che l’idrogel del team Duke, un materiale fatto di polimeri che assorbono l’acqua, può essere premuto e tirato con più forza della cartilagine naturale ed è tre volte più resistente all’usura.
Gli impianti realizzati con il materiale sono attualmente in fase di sviluppo da Sparta Biomedical e testati su pecore. I ricercatori si stanno preparando per iniziare le sperimentazioni cliniche sugli esseri umani il prossimo anno.
“Se tutto va secondo i piani, la sperimentazione clinica dovrebbe iniziare non appena aprile 2023”, ha affermato il professore di chimica della Duke Benjamin Wiley, che ha guidato la ricerca insieme al professore di ingegneria meccanica e scienze dei materiali della Duke, Ken Gall.
Per realizzare questo materiale, il team di Duke ha preso sottili fogli di fibre di cellulosa e li ha infusi con un polimero chiamato alcol polivinilico – una sostanza appiccicosa viscosa costituita da catene filanti di molecole ripetute – per formare un gel.
Le fibre di cellulosa agiscono come le fibre di collagene nella cartilagine naturale, ha detto Wiley: danno forza al gel quando viene allungato. L’alcol polivinilico lo aiuta a tornare alla sua forma originale. Il risultato è un materiale simile alla gelatina, il 60% di acqua, che è elastico ma sorprendentemente forte.
La cartilagine naturale può sopportare da 5.800 a 8.500 libbre per pollice rispettivamente di strappi e schiacciamenti, prima di raggiungere il punto di rottura. La loro versione realizzata in laboratorio è il primo idrogel in grado di gestire ancora di più. È il 26% più forte della cartilagine naturale in tensione, qualcosa come sospendere sette pianoforti a coda da un portachiavi e il 66% più forte in compressione, il che sarebbe come parcheggiare un’auto su un francobollo.
Il team ha già realizzato idrogel con proprietà notevoli. Nel 2020, hanno riferito di aver creato il primo idrogel abbastanza forte per le ginocchia, che sentono la forza di due o tre volte il peso corporeo ad ogni passo.
L’uso pratico del gel come sostituto della cartilagine, tuttavia, ha presentato ulteriori sfide di progettazione. Uno era raggiungere i limiti superiori della forza della cartilagine. Attività come saltare, fare un affondo o salire le scale esercitano una pressione di circa 10 Megapascal sulla cartilagine del ginocchio, o circa 1.400 libbre per pollice quadrato. Ma il tessuto può impiegare fino a quattro volte prima di rompersi.
“Sapevamo che c’era spazio per miglioramenti”, ha detto Wiley.
In passato, i ricercatori che tentavano di creare idrogel più forti utilizzavano un processo di congelamento-scongelamento per produrre cristalli all’interno del gel, che scacciano l’acqua e aiutano a tenere insieme le catene polimeriche. Nel nuovo studio, invece di congelare e scongelare l’idrogel, i ricercatori hanno utilizzato un trattamento termico chiamato ricottura per convincere ancora più cristalli a formarsi all’interno della rete polimerica.
Aumentando il contenuto di cristalli, i ricercatori sono stati in grado di produrre un gel in grado di resistere a uno stress cinque volte maggiore dovuto alla trazione e quasi il doppio alla spremitura rispetto ai metodi di congelamento-scongelamento.
