Un nuevo hidrogel súper resistente podría ser el material de reemplazo de rodilla del futuro

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¿Juntas chirriantes? Los investigadores de la Universidad de Duke pronto podrán ayudar con eso, ya que han desarrollado un material de cartílago sintético que es mucho más duradero que su equivalente biológico.

Créditos de la imagen Dr. Manuel González Reyes.

Bautizado con el nombre no muy pegadizo de Ormi-CFC, este material, sin embargo, tiene un gran potencial. El equipo planea que sirva como base para implantes avanzados que podrían ayudar a aliviar el dolor y las limitaciones de movilidad causadas por el daño del cartílago de la rodilla. Usado de esta manera, explica el equipo, el material podría mejorar la vida de más de 32 millones de adultos que padecen afecciones como la osteoartritis solo en los EE. UU.

La terapia de reemplazo de rodilla es un método probado y verdadero para abordar estos problemas. Si bien es efectivo, viene con una serie de efectos secundarios desagradables, incluidos los riesgos inherentes a cualquier cirugía y la necesidad de realizar una rehabilitación física después del procedimiento. Pero el verdadero problema es que incluso tales intervenciones requerirán más reemplazos, ya que los materiales utilizados en lugar del cartílago pure se desgastan. Al brindar una alternativa mucho más duradera, el equipo espera ayudar a innumerables pacientes a evitar repetir este procedimiento tanto como sea posible.

hidrogel resistente

“[Our aim] es retrasar la necesidad de un reemplazo de rodilla», dice Benjamin Wiley, profesor de química en Duke y coautor principal del artículo para librepensamiento. “Al reemplazar el cartílago dañado y el hueso inflamado, esperamos retrasar una mayor degradación de la articulación”.

El material se produce a partir de láminas delgadas de fibras de celulosa unidas con alcohol polivinílico para crear un hidrogel. La celulosa es uno de los biopolímeros más abundantes del planeta, siendo el principal componente estructural de la madera y otros tejidos vegetales. Mientras que el alcohol polivinílico le da cuerpo al material, para permitirle amortiguar los movimientos y mantener la salud de los huesos en el sitio de la articulación, la celulosa le da resiliencia al material. Estas fibras mantienen unido el hidrogel, evitando que se rompa por el desgaste producido por los innumerables movimientos que experimentan las rodillas día tras día durante años o décadas.

Este objetivo está destinado a hacer que el material sea más duradero contra el desgaste debido a lo debilitante que puede ser cuando se desgasta. El cartílago es el tejido resistente pero elástico que le da su estructura a la nariz o la tráquea. También tiene un papel importante que desempeñar en las articulaciones. Aquí, actúa como un cojín para absorber los impactos, mantiene las articulaciones bien lubricadas para evitar que los huesos se golpeen entre sí y ayuda a brindar soporte estructural a las articulaciones durante el movimiento, proporcionando un punto de anclaje para que los huesos se unan a tejidos como músculos o tendones

Si se desgasta y cuando se desgasta, ese rechinar puede producir un dolor increíble y las articulaciones se degradan con el tiempo, lo que limita severamente el movimiento. El cartílago no se recupera por sí solo, ya que no está irrigado por los vasos sanguíneos, por lo que, si se daña, el reemplazo es la única solución viable.

Sparta Biomedical, una empresa en la que los dos coautores principales del artículo tienen una participación accionaria, está desarrollando actualmente los primeros implantes utilizando este cartílago sintético.

“Este implante está destinado a personas con dolor de rodilla, pero para quienes el área dañada no es tan extensa [as] necesitar un reemplazo total de rodilla”, explica Wiley. “Actualmente no existe una buena solución para este grupo de personas”.

Si bien el cartílago pure en cada una de nuestras rodillas puede soportar 5800 y 8500 libras por pulgada de «tirón y aplastamiento», explica el equipo, su objetivo es lograr que el hidrogel sea un 26 % más fuerte cuando se tira y un 66 % más fuerte cuando se aplasta. Para alcanzar estos parámetros, el equipo está empleando un método de producción novedoso para el hidrogel.

En lugar de congelar y descongelar repetidamente el gel, el enfoque precise utilizado para endurecer estos materiales, ya que ayuda a liberar el exceso de agua y fortalecer las cadenas de polímeros, el equipo adoptó el enfoque opuesto. Calentaron el material antes de dejar que se enfriara lentamente en un proceso llamado recocido. Este enfoque permite que el gel maneje cinco veces más tensión de tracción y casi el doble de tensión de compresión que los geles congelados y descongelados.

En este momento, el equipo está trabajando en el desarrollo de una forma confiable de hacer que estos implantes se adhieran al hueso. Según los autores, estudios previos han encontrado que los implantes de hidrogel tienen tendencia a deslizarse, por lo que están trabajando para unirlos a una base de titanio que se anclará a un orificio en el hueso.

Los implantes también deberán someterse a pruebas clínicas para garantizar que también sea seguro injertarlos en el cuerpo, antes de que puedan usarse en implantes. Se espera que los ensayos para este propósito comiencen a mediados de 2023.

El artículo «Un compuesto de hidrogel sintético con una fuerza y ​​resistencia al desgaste mayor que el cartílago» se ha publicado en la revista Materiales Funcionales Avanzados.

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