Na drodze do regeneracji chrząstki

laboratorium

Chrząstka stawowa to cienka tkanka zlokalizowana na końcach długich kości. To złożony biomateriał o bardzo niskim współczynniku tarcia.

Dzięki temu tkanka wytrzymuje miliony cykli ruchu stawów przez dziesięciolecia użycia. Niestety chrząstka raz uszkodzona traci swoje mechaniczne właściwości, a następstwem uszkodzenia jest postępująca degeneracja tkanki, która powoduje ból i kalectwo.

Rozwój biomateriałów syntetycznych, które posiadają odpowiednie właściwości mechaniczne naśladujące cechy tkanek rodzimych to duże wyzwanie w dziedzinie materiałów. W szczególności gdy materiał ma zastąpić chrząstkę stawową, która jest materiałem anizotropowym, lepko-sprężystym ułożonym nieliniowo.

Wysiłki zmierzające do naprawy i regeneracji chrząstki stawowej, w leczeniu obrażeń i zapobieganiu zapalenia kości i stawów, często poparte są wykorzystaniem hydrożeli. Główną przeszkodą przy projektowaniu odpowiedniego materiału to dopasowanie charakterystyki i różnych zdolności jak w naturalnej tkance.

Grupa naukowców z Duke University w Północnej Karolinie zbudowała trójwymiarowe rusztowanie z włókien, które uzupełnione hydrożelem, naśladuje nośne i trybologiczne właściwości naturalnej chrząstki.

Hydrożel składający się z kwasu alginowego i poliakrylamidu jest dodawany do porowatego trójwymiarowego szkieletu z włókien polikaprolaktonu, który zapewnia wzmocnienie struktury kompozytowej.

Poliakrylamid (PAM) często używany jest w laboratoriach naukowych np. jako podłoże w elektroforezie w żelu poliakrylamidowym. Kwas alginowy to naturalnie występujący kopolimer kwasu mannurowego i guluronowego. Jest składnikiem ścian komórkowych wielu alg i trawy morskiej. Kwas ten używany jest jako środek żelujący, zarówno w produktach spożywczych (dżemy, galaretki, soki), jak i kosmetykach (żele pod prysznic, szampony, pasty do zębów, mydła).

Polikaprolakton (PCL) to polimer biodegradowalny, należący do grupy poliestrów alifatycznych, otrzymywany z polimeryzacji kaprolaktonu. Polimer ten łatwo miesza się z wieloma innymi polimerami i dlatego jest stosowany jako plastyfikator zwiększający elastyczność tworzyw sztucznych oraz ich biodegradowalność. PCL znalazł wiele zastosowań biomedycznych. W organizmie człowieka ulega on stopniowemu, powolnemu rozkładowi na skutek hydrolizy wiązań estrowych, który trwa ok. 2 lat i jest on stosowany do produkcji implantów oraz wchłanialnych nici chirurgicznych.

Włókna z polikaprolaktonu gwarantują kontrolowane rozciąganie i ściskanie kanki w trzech wymiarach. Hydrożel jako osnowa utrzymuje szkielet w całości i zapewnia niski współczynnik tarcia.

Kompozyt o biomimetycznej strukturze może być wykorzystany jako bezkomórkowy lub komórkowy zamiennik chrząstek w ludzkim ciele


Źródło:
[1] Liao, I.-C., Moutos, F. T., Estes, B. T., Zhao, X. and Guilak, F. (2013), Composite Three-Dimensional Woven Scaffolds with Interpenetrating Network Hydrogels to Create Functional Synthetic Articular Cartilage. Adv. Funct. Mater doi: 10.1002/adfm.201300483
[2] http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201300483/abstract | 05.07.2013
[3] Professor Kent Leach by UC Davis College of Engineering, flickr.com, CC BY 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *