p A força líquida incomparável da cartilagem, que é cerca de 80 por cento de água, resiste a algumas das forças mais duras em nossos corpos. p Os materiais sintéticos não podiam corresponder a isso - até que "Kevlartilage" foi desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Michigan e da Universidade Jiangnan.

p "Sabemos que consistimos principalmente de água - toda a vida é - e ainda assim nossos corpos têm muita estabilidade estrutural, "disse Nicholas Kotov, Joseph B. e Florence V. Cejka Professor de Engenharia da U-M, quem conduziu o estudo. "Entender a cartilagem é entender como as formas de vida podem combinar propriedades que às vezes são impensáveis ​​juntas."

p Muitas pessoas com lesões nas articulações se beneficiariam de um bom substituto para a cartilagem, como o 850, 000 pacientes nos EUA que se submetem a cirurgias para remover ou substituir a cartilagem do joelho.

p Enquanto outras variedades de cartilagem sintética já estão passando por testes clínicos, esses materiais se enquadram em dois campos que escolhem entre os atributos da cartilagem, incapaz de alcançar aquela combinação improvável de força e teor de água.

p Os outros materiais sintéticos que imitam as propriedades físicas da cartilagem não contêm água suficiente para transportar os nutrientes de que as células precisam para prosperar, Kotov disse.

p Enquanto isso, hidrogéis - que incorporam água em uma rede de longos, moléculas flexíveis - podem ser projetadas com água suficiente para apoiar o crescimento das células de condrócitos que formam a cartilagem natural. No entanto, esses hidrogéis não são especialmente fortes. Eles rasgam sob as tensões uma fração do que a cartilagem pode suportar.

p O novo hidrogel à base de Kevlar recria a magia da cartilagem combinando uma rede de nanofibras resistentes de Kevlar - as fibras de "aramida" mais conhecidas por fazer coletes à prova de balas - com um material comumente usado em substituições de cartilagem de hidrogel, chamado álcool polivinílico, ou PVA.

p Na cartilagem natural, a rede de proteínas e outras biomoléculas ganha força resistindo ao fluxo de água entre suas câmaras. A pressão da água reconfigura a rede, permitindo que se deforme sem quebrar. A água é liberada no processo, e a rede se recupera absorvendo água posteriormente.

p Este mecanismo permite juntas de alto impacto, como joelhos, para enfrentar forças punitivas. Correr repetidamente bate na cartilagem entre os ossos, forçando a saída da água e tornando a cartilagem mais flexível como resultado. Então, quando o corredor descansa, a cartilagem absorve água de modo que fornece forte resistência à compressão novamente.

p A cartilagem sintética possui o mesmo mecanismo, liberando água sob estresse e depois se recuperando absorvendo água como uma esponja. As nanofibras de aramida constroem a estrutura do material, enquanto o PVA retém água dentro da rede quando o material é exposto a estiramento ou compressão. Mesmo as versões do material que continham 92 por cento de água eram comparáveis ​​em resistência à cartilagem, com a versão de 70 por cento alcançando a resiliência da borracha.

p Como as nanofibras de aramida e PVA não prejudicam as células adjacentes, Kotov antecipa que esta cartilagem sintética pode ser um implante adequado para algumas situações, como as partes mais profundas do joelho. Ele também se pergunta se os condrócitos podem ser capazes de estabelecer residência dentro da rede sintética para produzir uma cartilagem híbrida.

p Mas suas aplicações potenciais não se limitam à cartilagem. Ele suspeita que redes semelhantes, com diferentes proporções de nanofibras de aramida, PVA e água, pode ser capaz de substituir outros tecidos moles.

p “Temos muitas membranas no corpo que requerem as mesmas propriedades. Gostaria de avaliar o espaço, "Kotov disse." Vou conversar com os médicos sobre onde está a necessidade aguda e onde esta interseção das propriedades nos permitirá fazer o melhor progresso e maior impacto. "

p Kotov é membro do Instituto Biointerfaces, que fornece espaço compartilhado para pesquisadores das escolas de engenharia e medicina da U-M. Ele também é professor de engenharia química, ciência e engenharia de materiais, e ciência e engenharia macromolecular.

p O estudo, publicado recentemente em Materiais avançados , é intitulado "Compostos biomiméticos ricos em água com rede de nanofibras auto-organizadas abióticas". Foi apoiado pela National Science Foundation, com financiamento adicional do Departamento de Defesa. A universidade está buscando proteção de patentes e parceiros para levar a tecnologia ao mercado.