O magro, camada escorregadia de cartilagem entre os ossos do joelho é algo mágico:forte o suficiente para suportar o peso de uma pessoa, mas macio e flexível o suficiente para amortecer a junta contra o impacto, ao longo de décadas de uso repetido. Essa combinação de suave mas forte tem sido difícil de reproduzir em laboratório. Mas agora, Pesquisadores da Duke University dizem que criaram um gel experimental que é o primeiro a se igualar à resistência e durabilidade do produto real.

O material pode parecer um primo distante de Jell-O - o que é - mas é incrivelmente forte. É 60% de água, mas um único disco do tamanho de um quarto pode suportar o peso de um kettlebell de 100 libras sem rasgar ou perder sua forma.

Seus desenvolvedores dizem que é o primeiro hidrogel - um material feito de polímeros que absorvem água - capaz de suportar puxões e cargas pesadas, bem como cartilagem humana, sem se desgastar com o tempo.

p Liderado pelos cientistas de química e materiais da Duke, Ben Wiley e Ken Gall, a pesquisa poderia um dia oferecer às pessoas com problemas nos joelhos um substituto para a cartilagem danificada, e uma alternativa ao 600, 000 cirurgias de substituição do joelho realizadas nos EUA a cada ano.

Um tecido macio de borracha que cobre as extremidades dos ossos e permite que eles deslizem suavemente uns contra os outros, a cartilagem ajuda a absorver uma grande quantidade de força a cada passo - normalmente entre duas e três vezes o seu peso corporal.

Contudo, a cartilagem também tem capacidade limitada de se curar e se reparar. Uma vez usado pela idade, uso excessivo ou trauma é difícil de tratar, disse Gall, professor de engenharia mecânica e ciência dos materiais na Duke.

Para pacientes que desejam evitar ou adiar uma substituição do joelho que pode durar apenas 20 anos, a cartilagem artificial pode ajudar. Os hidrogéis têm sido explorados para uso como substituto da cartilagem desde os anos 1970 e são usados ​​em lentes de contato gelatinosas e fraldas descartáveis. Os pesquisadores são atraídos por esses materiais por serem escorregadios, propriedades de absorção de choque e porque eles não prejudicam as células próximas. Mas até agora eles provaram ser muito fracos para serem usados ​​em articulações de suporte de carga como o joelho.

A equipe Duke decidiu mudar isso. “Decidimos fazer o primeiro hidrogel com as propriedades mecânicas da cartilagem, "disse Wiley, professor de química na Duke.

O novo hidrogel consiste em duas redes de polímero entrelaçadas:uma feita de fios elásticos semelhantes a espaguete e a outra mais rígida e semelhante a uma cesta, com cargas negativas ao longo de seu comprimento. Estes são reforçados com um terceiro ingrediente, uma rede de fibras de celulose.

Quando o gel é esticado, as fibras de celulose resistem à tração e ajudam a manter o material coeso. E quando é apertado, as cargas negativas ao longo das cadeias de polímero rígido se repelem e aderem à água, ajudando-o a voltar à sua forma original.

"Apenas esta combinação de todos os três componentes é flexível e rígida e, portanto, forte, "disse o co-autor Feichen Yang, que obteve um Ph.D. em química no laboratório de Wiley.

Quando os pesquisadores compararam o material resultante com outros hidrogéis, o deles era o único que era tão forte quanto a cartilagem tanto sob compressão quanto com alongamento.

Em um experimento, a equipe submeteu a 100, 000 ciclos de puxar repetidos, e o material resistiu tão bem quanto o titânio poroso usado para implantes ósseos, "que superou nossas expectativas iniciais, "disse o co-autor William Koshut, um Ph.D. aluno do laboratório Gall.

Eles também esfregaram o novo material contra a cartilagem natural um milhão de vezes. Eles descobriram que é suave, superfície escorregadia autolubrificante é tão resistente ao desgaste quanto a coisa real e quatro vezes mais resistente ao desgaste do que os implantes de cartilagem sintética atualmente aprovados pela FDA para uso no dedão do pé.

p Mover o material do laboratório para a clínica levaria mais três anos, pelo menos, Wiley disse. Os testes de segurança iniciais sugerem que o material não é tóxico para células cultivadas em laboratório. A próxima etapa é projetar um implante que eles possam testar em ovelhas.

Mas a equipe diz que, eventualmente, a pesquisa pode oferecer novas opções para pessoas com dor no joelho, e fazer com que voltem a fazer as coisas que amam sem os longos tempos de recuperação e a vida útil limitada associados ao reparo da cartilagem ou à cirurgia de substituição do joelho.