- Ein neuer künstlicher Knorpel hält Knorpel durch mindestens 100.000 Zyklen.
- Ärzte können Gelenke ersetzen, aber Knorpel bleibt sowohl schwer fassbar als auch sehr begehrt.
- Dieses Material ist eine gewebte Kombination aus drei Polymerhydrogelen.
Wissenschaftler der Duke University haben einen neuen synthetischen Knorpel entwickelt, von dem sie sagen, dass er sogar im menschlichen Knie funktionieren kann. Das revolutionäre Hydrogel könnte die Notwendigkeit für Hunderttausende von Knieersatz jedes Jahr beseitigen, zusammen mit vielen Tausenden von anderen Gelenkersatz.
Das neue Knorpelanalogon besteht aus drei Hydrogelen — Polymeren, die mit absorbiertem Wasser verstärkt werden — mit unterschiedlichen Strukturen, die zu einer multidirektional flexiblen und redundanten Dämpfungsstruktur „verwoben“ sind. Es ist wie ein Korb in flexibles Netz gewickelt.
Wenn das Material gedehnt wird, berichtet Science Alert, ist das dritte Polymer dasjenige, das das Ganze intakt hält. Währenddessen stoßen sich die ersten beiden negativ geladenen Polymere „ab und haften an Wasser, so dass die ursprüngliche Form wiederhergestellt werden kann.“ Die Wissenschaftler erarbeiten:
„Das Hydrogel hat den gleichen Aggregatmodul und die gleiche Permeabilität wie Knorpel, was zu derselben zeitabhängigen Verformung unter begrenzter Kompression führt. Das Hydrogel ist nicht zytotoxisch, hat einen Reibungskoeffizienten 45 Prozent niedriger als Knorpel, und ist 4.4 mal verschleißfester als ein PVA-Hydrogel.“
In extrem langen Tests hat sich die Hydrogel-Mikrokorbstruktur ebenso bewährt wie Knorpel.
Warum ist künstlicher Knorpel so gefragt und so schwer fassbar? Für den Anfang ist der Knieersatz eine ernsthafte Operation. Es ist invasiv und schmerzhaft, mit einer Erholung, die eine stetige physikalische Therapie beinhaltet, die fast am selben Tag beginnt, um einen Verlust der Beweglichkeit im Gelenk zu vermeiden. Trotzdem haben die neuen Gelenke wie eine Hüfte oder sogar ein Wurzelkanal eine Lebensdauer von nur bis zu etwa 20 Jahren, bevor sie erneut ersetzt werden müssen.
Das ist keine schlechte Wissenschaft oder medizinisches Fehlverhalten — es ist nur ein Beweis dafür, wie belastbar, dynamisch und mechanisch hervorragend ein funktionelles Kniegelenk ist. Es gibt andere medizinische Gründe als Knorpel, die Menschen Knieersatz unterziehen müssen, aber Knorpel ist oft das fehlende Glied.
Wissenschaftler können zähen und robusten Knochen durch andere Dinge ersetzen. Sie können an der mechanischen Konstruktion des Gelenks arbeiten. Knorpel ist jedoch etwas Besonderes. Es ist extrem hart, bleibt aber flexibel und lastdämpfend für, im Idealfall, unser ganzes Leben. Stellen Sie sich ein Auto vor, das 80 Jahre lang mit einem Motor lief, der die ganze Zeit die gleichen 5 Liter Öl hatte.
Die große Neuigkeit? Dies ist „das erste Hydrogel mit der Festigkeit und dem Modul von Knorpel sowohl bei Zug als auch bei Druck und das erste, das bei 100.000 Zyklen eine knorpeläquivalente Zugfestigkeit aufweist“, erklären die Forscher.
Wenn ein Schritt einen Kniezyklus darstellt, entsprechen 100.000 Zyklen etwa 57 Meilen für jemanden, der drei Fuß Schritte unternimmt. Und da dies nur das erste Hydrogel ist, das diesen Meilenstein passiert, ist das nicht unbedingt die Decke.
Trotzdem könnte die Einführung eines wirksamen künstlichen Knorpels viele Menschen vor einer Operation bewahren oder sogar die Lebensdauer der künstlichen Knie verlängern, die noch installiert werden müssen. Zunächst müssen die Forscher es an Tieren in situ testen. Wenn das gut geht, könnte der Mensch der nächste sein.