Hunter
Jobban teljesít a mesterséges porc az igazinál
Az összekapcsolódó csontfelületeket borító porc olyan szintű "kenést" biztosít, aminek eddig nem akadt mesterséges alternatívája. Az izraeli Weizmann Tudományos Intézet kutatói azonban egy új megoldással, egy "molekuláris ecsettel" rukkoltak elő, melynek kenőrétegei állításuk szerint képesek felülmúlni a természetet akár az izületekre nehezedő legnagyobb nyomás esetén is, aminek fontos alkalmazásai lehetnek a gyógyászatban.
Minden egyes megtett lépésünkkel a térd és a csípő izületek egymáshoz dörzsölődnek, ami igen gyorsan tönkretenné csontjainkat, ha nem lenne egy védőréteg, amit porcaink biztosítanak. A mesterséges izületeknél alkalmazott rozsdamentes acél parányi tökéletlenségeit képtelenség teljes egészében eltávolítani. Az egyenetlenségek összedörzsölődésével parányi fémtörmelékek keletkeznek, amik károsítják a csontokat, magyarázta Jacob Klein, a kutatás vezetője. Éppen ezért - akárcsak a csontnak - a mesterséges izületeknek is szükségük van egy porcszerű rétegre. Bár alacsony nyomás estében gond nélkül sikerült reprodukálni a valódi porc tulajdonságait, a szintetikus alternatíváknál jelentkező magas nyomásoknál a mesterséges porcok rendre "besülnek".
Klein brit kollégáival közösen úgy tűnik rábukkant az ideális megoldásra, tudósít a New Scientist. A kutatók úgy nevezett molekuláris ecseteket fejlesztettek ki, amik a porc súrlódási együtthatójával csúsznak el egymás mellett. Bizonyos tekintetben még jobban is teljesítenek a porcnál, az ecsetek ugyanis 7,5 megapascal nyomáson is rendkívüli hatékonysággal működnek, míg a porc csak a természetes határig, 5 megapascalig teljesít jól, az izületek nagyon ritkán lépik át ezt a szintet.
Minden 60 nanométer hosszú ecsetszál egy polimer gerinccel rendelkezik, amiből parányi molekuláris csoportok állnak ki. Ezek a szintetikus csoportok nagyon hasonlítanak a sejt membránok lipidjeihez, magyarázta Klein - bár összességükben semlegesek, az egyik végükön pozitív, a másikon negatív töltéssel rendelkeznek. Vizes közegben minden egyes molekuláris csoport 25 vízmolekulát vonz magához elektrosztatikus erőkkel, így a szál mint a molekuláris csoportok összessége egy csúszós vizes tokot alakít ki. A tokok biztosítják az ecset kenési képességét amikor egymáshoz dörzsölődnek, még akkor is, amikor szorosan egymáshoz nyomódnak utánozva a csontizületeknél jelentkező nyomást.
Klein csapata már hat évvel ezelőtt elkészített egy hasonló molekuláris ecsetsorozatot, az ecsetek közötti súrlódás azonban már 0,3 megapaszkál nyomástól meredeken nőni kezdett. Az új ecsetek titka a szálak nagyobb víz vonzásában rejlik, ami vastagabb tokot eredményez. A teljesítménynövekedésnek van egy másik tényezője is. Az ecsetszálak előző generációja túlságosan gyengén kötődött az alapul szolgáló ásványi anyagokból készült felülettel. Amikor a két felület - a mesterséges porc és az izület - nyomás alatt egymáshoz dörzsölődött, a szálak egyszerűen leszakadtak, a kenő hatás pedig eltűnt. A legutóbbi változatnál egy kémiai anyag alkalmazásával közvetlenül a felszínből növesztik a polimer szálakat, melyek mindegyike erős kovalens kötést alakít ki a felülettel, így kisebb a valószínűsége hogy elnyíródjanak.
A független szakemberek kíváncsian várják, hogyan fognak teljesíteni az ecsetek a valós világban. Mint azt Farshid Guilak, a Duke Egyetem ortopédus professzora is kiemelte, kezdetben alacsony súrlódási tulajdonságai miatt teflont használtak az izületekben, ez azonban "katasztrofálisnak" bizonyult, mivel igen gyorsan elhasználódott és csontkárosító törmelékek maradtak utána.
Klein beszámolója szerint egy japán orvoscsoport a Tokiói Egyetemen már kipróbálta ecseteinek egy korábbi változatát egy műanyag-fém izületen, amit egy csípőizület szimulátorban teszteltek. "Hatalmas mértékű csökkenés volt tapasztalható a műanyag elhasználódásában" - mondta Klein, hozzátéve, hogy még nem tudja, mikor alkalmazhatják az új ecseteket klinikai körülmények között.
Minden egyes megtett lépésünkkel a térd és a csípő izületek egymáshoz dörzsölődnek, ami igen gyorsan tönkretenné csontjainkat, ha nem lenne egy védőréteg, amit porcaink biztosítanak. A mesterséges izületeknél alkalmazott rozsdamentes acél parányi tökéletlenségeit képtelenség teljes egészében eltávolítani. Az egyenetlenségek összedörzsölődésével parányi fémtörmelékek keletkeznek, amik károsítják a csontokat, magyarázta Jacob Klein, a kutatás vezetője. Éppen ezért - akárcsak a csontnak - a mesterséges izületeknek is szükségük van egy porcszerű rétegre. Bár alacsony nyomás estében gond nélkül sikerült reprodukálni a valódi porc tulajdonságait, a szintetikus alternatíváknál jelentkező magas nyomásoknál a mesterséges porcok rendre "besülnek".
Klein brit kollégáival közösen úgy tűnik rábukkant az ideális megoldásra, tudósít a New Scientist. A kutatók úgy nevezett molekuláris ecseteket fejlesztettek ki, amik a porc súrlódási együtthatójával csúsznak el egymás mellett. Bizonyos tekintetben még jobban is teljesítenek a porcnál, az ecsetek ugyanis 7,5 megapascal nyomáson is rendkívüli hatékonysággal működnek, míg a porc csak a természetes határig, 5 megapascalig teljesít jól, az izületek nagyon ritkán lépik át ezt a szintet.
Minden 60 nanométer hosszú ecsetszál egy polimer gerinccel rendelkezik, amiből parányi molekuláris csoportok állnak ki. Ezek a szintetikus csoportok nagyon hasonlítanak a sejt membránok lipidjeihez, magyarázta Klein - bár összességükben semlegesek, az egyik végükön pozitív, a másikon negatív töltéssel rendelkeznek. Vizes közegben minden egyes molekuláris csoport 25 vízmolekulát vonz magához elektrosztatikus erőkkel, így a szál mint a molekuláris csoportok összessége egy csúszós vizes tokot alakít ki. A tokok biztosítják az ecset kenési képességét amikor egymáshoz dörzsölődnek, még akkor is, amikor szorosan egymáshoz nyomódnak utánozva a csontizületeknél jelentkező nyomást.
Klein csapata már hat évvel ezelőtt elkészített egy hasonló molekuláris ecsetsorozatot, az ecsetek közötti súrlódás azonban már 0,3 megapaszkál nyomástól meredeken nőni kezdett. Az új ecsetek titka a szálak nagyobb víz vonzásában rejlik, ami vastagabb tokot eredményez. A teljesítménynövekedésnek van egy másik tényezője is. Az ecsetszálak előző generációja túlságosan gyengén kötődött az alapul szolgáló ásványi anyagokból készült felülettel. Amikor a két felület - a mesterséges porc és az izület - nyomás alatt egymáshoz dörzsölődött, a szálak egyszerűen leszakadtak, a kenő hatás pedig eltűnt. A legutóbbi változatnál egy kémiai anyag alkalmazásával közvetlenül a felszínből növesztik a polimer szálakat, melyek mindegyike erős kovalens kötést alakít ki a felülettel, így kisebb a valószínűsége hogy elnyíródjanak.
A független szakemberek kíváncsian várják, hogyan fognak teljesíteni az ecsetek a valós világban. Mint azt Farshid Guilak, a Duke Egyetem ortopédus professzora is kiemelte, kezdetben alacsony súrlódási tulajdonságai miatt teflont használtak az izületekben, ez azonban "katasztrofálisnak" bizonyult, mivel igen gyorsan elhasználódott és csontkárosító törmelékek maradtak utána.
Klein beszámolója szerint egy japán orvoscsoport a Tokiói Egyetemen már kipróbálta ecseteinek egy korábbi változatát egy műanyag-fém izületen, amit egy csípőizület szimulátorban teszteltek. "Hatalmas mértékű csökkenés volt tapasztalható a műanyag elhasználódásában" - mondta Klein, hozzátéve, hogy még nem tudja, mikor alkalmazhatják az új ecseteket klinikai körülmények között.