ケブラーベースの人工軟骨は本物の魔法を模倣する/ミシガン大学ニュース

ANN ARBOR—軟骨の比類のない液体強度は、約80％の水であり、私たちの体に最も厳しい力のいくつかに耐えます。

合成材料は、ミシガン大学と江南大学の研究者によって”Kevlartilage”が開発されるまで、それを一致させることができませんでした。

「私たちは主に水で構成されていることを知っていますが、私たちの体は構造的に安定しています」と、研究を主導したU—MのJoseph B.And Florence V.Cejka工学教授のNicholas Kotov 「軟骨を理解することは、生命体が時々考えられない特性をどのように組み合わせることができるかを理解することです。”

関節損傷を持つ多くの人々は、膝の軟骨を除去または交換する手術を受ける米国の850,000人の患者のように、軟骨の良好な置換の恩恵を受けるであろう。

他の種類の合成軟骨は既に臨床試験を受けていますが、これらの材料は軟骨の属性を選択する二つのキャンプに分類され、強度と水分content有量の組み合

軟骨の物理的性質を模倣する他の合成材料には、細胞が繁栄するために必要な栄養素を輸送するのに十分な水が含まれていない、とKotovは述べた。

一方、水を長く柔軟な分子のネットワークに組み込むハイドロゲルは、天然の軟骨を構築する軟骨細胞の成長をサポートするのに十分な水で設計するこ しかし、これらのハイドロゲルは特に強くありません。 彼らは、軟骨が扱うことができるものの一部を株の下で裂く。

新しいケブラーベースのハイドロゲルは、防弾ベストを作ることで最もよく知られているケブラーのタフなナノファイバーのネットワークと、ポリビニルアルコール、またはPVAと呼ばれるハイドロゲル軟骨置換に一般的に使用される材料を組み合わせることによって、軟骨の魔法を再現します。

天然の軟骨では、タンパク質や他の生体分子のネットワークは、その部屋の間の水の流れに抵抗することによってその強さを得る。 水からの圧力はネットワークを再構成し、壊さないで変形することをそれが可能にする。 水はプロセスで解放され、ネットワークは水を後で吸収することによって回復します。

この機構により、膝などの高衝撃関節が懲罰力に耐えることができます。 繰り返し実行すると、骨の間の軟骨をポンド、水を強制的にし、結果として軟骨をより柔軟にします。 次に、ランナーが静止すると、軟骨は水を吸収し、再び圧縮に対する強い耐性を提供する。

合成軟骨は同じメカニズムを誇り、ストレス下で水を放出し、後にスポンジのように水を吸収することによって回復する。 Aramidのnanofibersは材料が伸張か圧縮に露出されるときPVAはネットワークの中の水を引っ掛けるが、材料のフレームワークを造ります。 92パーセントの水であった材料のバージョンでさえ、70パーセントのバージョンはゴムの弾力性を達成して、軟骨と強度が同等でした。

アラミドナノファイバーとPVAは隣接する細胞に害を及ぼさないため、Kotovはこの合成軟骨が膝のより深い部分などのいくつかの状況に適したイン 彼はまた、軟骨細胞がハイブリッド軟骨を生成するために合成ネットワーク内の住居を取ることができるかもしれないかどうか疑問に思

しかし、彼の潜在的な応用は軟骨に限定されない。 彼は、アラミドナノファイバー、PVA、水の割合が異なる同様のネットワークが、他の軟組織のために立つことができるかもしれないと疑っている。

“私たちは体内に同じ特性を必要とする多くの膜を持っています。 私はスペースを評価したいと思います”とKotovは言いました。 “私は、急性の必要性がどこにあるのか、このプロパティの交差点がどこで私たちが最高の前進と最大の影響を与えるのかについて医師に話します。”

Kotovは、U-Mの工学と医学の学校の研究者のための共有スペースを提供するBiointerfaces Instituteのメンバーです。 また、化学工学、材料科学および工学、高分子科学および工学の教授でもあります。

この研究は、最近Advanced Materialsに掲載され、”非生物的自己組織化ナノファイバーネットワークを有する水に富むバイオミメティック複合材料”と題されています。”それは国防総省からの追加の資金で、国立科学財団によってサポートされていました。 大学は、技術を市場に投入するために特許保護とパートナーを求めています。