एक नया लैब-निर्मित घुटने का कार्टिलेज तनाव में प्राकृतिक उपास्थि की तुलना में 26% अधिक मजबूत होता है, कुछ ऐसा होता है जैसे कि एक की रिंग से सात भव्य पियानो को निलंबित करना, और संपीड़न में 66% अधिक मजबूत होता है - जो एक डाक टिकट पर कार पार्क करने जैसा होगा। (श्रेय: डेनियल थिएल/अनस्प्लाश)
एक नए अध्ययन के अनुसार, एक नया जेल-आधारित घुटने के कार्टिलेज का विकल्प वास्तविक चीज़ की तुलना में अधिक मजबूत और टिकाऊ होता है।
पर्चे के बिना मिलने वाली दर्दनिवारक दवाएं, शारीरिक उपचार, स्टेरॉयड इंजेक्शन—कुछ लोगों ने यह सब करने की कोशिश की है और अभी भी घुटने के दर्द से जूझ रहे हैं।
अक्सर घुटने का दर्द प्रगतिशील टूट-फूट से आता है उपास्थि ऑस्टियोआर्थराइटिस के रूप में जाना जाता है, जो दुनिया भर में छह वयस्कों में से लगभग एक को प्रभावित करता है - 867 मिलियन लोग। जो लोग पूरे घुटने के जोड़ को बदलने से बचना चाहते हैं, उनके लिए नया कार्टिलेज जल्द ही रोगियों को अपने पैरों पर तेजी से, दर्द मुक्त होने और उस तरह से रहने में मदद कर सकता है।
पत्रिका में सूचना दी उन्नत कार्यात्मक सामग्री, यांत्रिक परीक्षण से पता चलता है कि हाइड्रोजेल - पानी को अवशोषित करने वाले पॉलिमर से बनी सामग्री - को प्राकृतिक उपास्थि की तुलना में अधिक बल से दबाया और खींचा जा सकता है, और यह पहनने और आंसू के लिए तीन गुना अधिक प्रतिरोधी है।
सामग्री से बने प्रत्यारोपण वर्तमान में स्पार्टा बायोमेडिकल द्वारा विकसित किए जा रहे हैं और भेड़ में परीक्षण किया जा रहा है। शोधकर्ता अगले साल मनुष्यों में नैदानिक परीक्षण शुरू करने के लिए कमर कस रहे हैं।
"अगर सब कुछ योजना के अनुसार होता है, तो नैदानिक परीक्षण अप्रैल 2023 के रूप में जल्द से जल्द शुरू होना चाहिए," ड्यूक विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान के प्रोफेसर बेंजामिन विले कहते हैं, जिन्होंने मैकेनिकल इंजीनियरिंग और सामग्री विज्ञान के प्रोफेसर केन गैल के साथ अनुसंधान का नेतृत्व किया।
प्राकृतिक घुटने की उपास्थि
इस सामग्री को बनाने के लिए, टीम ने सेल्यूलोज फाइबर की पतली चादरें लीं और उन्हें पॉलीविनाइल अल्कोहल नामक एक बहुलक के साथ डाला - एक चिपचिपा गू जिसमें दोहराए जाने वाले अणुओं की कड़ी श्रृंखलाएं होती हैं - एक जेल बनाने के लिए।
सेल्यूलोज फाइबर की तरह कार्य करते हैं कोलेजन फाइबर प्राकृतिक उपास्थि में, विली कहते हैं- जब वे खिंचते हैं तो वे जेल को ताकत देते हैं। पॉलीविनाइल अल्कोहल इसे अपने मूल आकार में लौटने में मदद करता है। परिणाम जेलो जैसी सामग्री, 60% पानी है, जो कोमल है फिर भी आश्चर्यजनक रूप से मजबूत है।
प्राकृतिक उपास्थि अपने टूटने के बिंदु तक पहुंचने से पहले, क्रमशः 5,800 से 8,500 पाउंड प्रति इंच की टगिंग और स्क्विशिंग का सामना कर सकती है। लैब-निर्मित संस्करण पहला हाइड्रोजेल है जो और भी अधिक संभाल सकता है। यह तनाव में प्राकृतिक उपास्थि की तुलना में 26% अधिक मजबूत है, एक चाबी की अंगूठी से सात भव्य पियानो को निलंबित करने जैसा कुछ, और संपीड़न में 66% अधिक मजबूत है - जो एक डाक टिकट पर कार पार्क करने जैसा होगा।
"यह वास्तव में हाइड्रोजेल ताकत के मामले में चार्ट से बाहर है," विली कहते हैं।
टीम पहले ही उल्लेखनीय गुणों के साथ हाइड्रोजेल बना चुकी है। 2020 में, उन्होंने बताया कि उन्होंने पहला हाइड्रोजेल बनाया था घुटनों के लिए काफी मजबूत, जो हर कदम के साथ दो से तीन गुना शरीर के वजन के बल को महसूस करते हैं।
जेल को कार्टिलेज प्रतिस्थापन के रूप में व्यावहारिक उपयोग में लाना, हालांकि, अतिरिक्त डिजाइन चुनौतियों को प्रस्तुत किया। एक उपास्थि की ताकत की ऊपरी सीमा को प्राप्त कर रहा था। कूदने, फुफकारने या सीढ़ियाँ चढ़ने जैसी गतिविधियाँ घुटने के कार्टिलेज पर लगभग 10 मेगापास्कल दबाव डालती हैं, या लगभग 1,400 पाउंड प्रति वर्ग इंच। लेकिन ऊतक को टूटने से पहले चार गुना तक लग सकता है। "हम जानते थे कि सुधार की गुंजाइश थी," विली कहते हैं।
घुटने का प्रत्यारोपण हमेशा के लिए नहीं रहता
अतीत में, मजबूत हाइड्रोजेल बनाने का प्रयास करने वाले शोधकर्ताओं ने जेल के भीतर क्रिस्टल का उत्पादन करने के लिए एक फ्रीज-पिघलना प्रक्रिया का उपयोग किया, जो पानी को बाहर निकालता है और बहुलक श्रृंखलाओं को एक साथ रखने में मदद करता है। नए अध्ययन में, हाइड्रोजेल को जमने और पिघलाने के बजाय, शोधकर्ताओं ने पॉलिमर नेटवर्क के भीतर और भी अधिक क्रिस्टल बनाने के लिए एनीलिंग नामक एक गर्मी उपचार का उपयोग किया।
क्रिस्टल सामग्री में वृद्धि करके, शोधकर्ता एक जेल का उत्पादन करने में सक्षम थे जो खींचने से पांच गुना अधिक तनाव का सामना कर सकता है और फ्रीज-पिघलना विधियों के सापेक्ष लगभग दोगुना अधिक निचोड़ सकता है। annealed जेल की बेहतर ताकत ने दूसरी डिजाइन चुनौती को हल करने में भी मदद की: इसे संयुक्त तक सुरक्षित करना और इसे रहने के लिए प्राप्त करना।
उपास्थि एक पतली परत बनाती है जो हड्डियों के सिरों को ढकती है ताकि वे एक दूसरे के खिलाफ पीस न सकें। पिछले अध्ययनों ने हाइड्रोजेल को सीधे हड्डी या उपास्थि से जोड़ने में सक्षम नहीं किया है ताकि उन्हें ढीला या फिसलने से रोकने के लिए पर्याप्त ताकत हो। तो ड्यूक टीम एक अलग दृष्टिकोण के साथ आई।
उनके लगाव की विधि में हाइड्रोजेल को a . से जोड़ना और दबाना शामिल है टाइटेनियम आधार। फिर इसे एक छेद में दबाया और लंगर डाला जाता है जहां क्षतिग्रस्त उपास्थि हुआ करती थी। परीक्षण से पता चलता है कि हड्डी पर प्राकृतिक उपास्थि की तुलना में डिजाइन 68% अधिक मजबूती से बना रहता है।
"घुटने के प्रत्यारोपण के लिए एक और चिंता समय के साथ खराब हो जाती है, दोनों प्रत्यारोपण और विरोधी उपास्थि," विली कहते हैं।
'उपचार में एक नाटकीय बदलाव'
अन्य शोधकर्ताओं ने क्षतिग्रस्त उपास्थि को धातु या पॉलीइथाइलीन से बने घुटने के प्रत्यारोपण के साथ बदलने की कोशिश की है, लेकिन क्योंकि ये सामग्री उपास्थि की तुलना में कठोर हैं, इसलिए वे घुटने के अन्य हिस्सों के खिलाफ जा सकते हैं।
पहनने के परीक्षणों में, शोधकर्ताओं ने कृत्रिम उपास्थि और प्राकृतिक उपास्थि लिया और उन्हें एक-दूसरे के खिलाफ एक लाख बार घुमाया, जिसमें चलने के दौरान घुटने के अनुभव के समान दबाव था।
माइक्रो-कंप्यूटेड टोमोग्राफी (माइक्रो-सीटी) नामक एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन एक्स-रे स्कैनिंग तकनीक का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने पाया कि उनके लैब-निर्मित संस्करण की सतह वास्तविक चीज़ की तुलना में तीन गुना बेहतर थी। फिर भी क्योंकि हाइड्रोजेल वास्तविक उपास्थि की चिकनी, फिसलन, गद्दीदार प्रकृति की नकल करता है, यह अन्य संयुक्त सतहों को घर्षण से बचाता है क्योंकि वे प्रत्यारोपण के खिलाफ स्लाइड करते हैं।
प्राकृतिक उपास्थि उल्लेखनीय रूप से टिकाऊ सामान है। लेकिन एक बार क्षतिग्रस्त हो जाने पर, इसमें ठीक होने की सीमित क्षमता होती है क्योंकि इसमें कोई रक्त वाहिका नहीं होती है, विली कहते हैं।
संयुक्त राज्य अमेरिका में, पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस एक सदी पहले की तुलना में आज दोगुना है। सर्जरी एक विकल्प है जब रूढ़िवादी उपचार विफल हो जाते हैं। दशकों से सर्जनों ने कई न्यूनतम आक्रमणकारी दृष्टिकोण विकसित किए हैं, जैसे ढीले उपास्थि को हटाना, या नए विकास को प्रोत्साहित करने के लिए छेद बनाना, या दाता से स्वस्थ उपास्थि का प्रत्यारोपण करना। लेकिन इन सभी विधियों में महीनों के पुनर्वसन की आवश्यकता होती है, और उनमें से कुछ प्रतिशत समय के साथ विफल हो जाते हैं।
आम तौर पर अंतिम उपाय माना जाता है, कुल घुटने का प्रतिस्थापन दर्द को दूर करने का एक सिद्ध तरीका है। लेकिन कृत्रिम जोड़ हमेशा के लिए नहीं रहते हैं। विशेष रूप से युवा रोगियों के लिए जो एक ऐसे उपकरण के लिए बड़ी सर्जरी से बचना चाहते हैं जिसे केवल लाइन के नीचे फिर से बदलने की आवश्यकता होगी, विली कहते हैं, "वहां बहुत अच्छे विकल्प नहीं हैं।"
"मुझे लगता है कि इस स्तर पर लोगों के इलाज में यह नाटकीय बदलाव होगा," विली कहते हैं।
ड्यूक विश्वविद्यालय में स्पार्टा बायोमेडिकल और साझा सामग्री इंस्ट्रुमेंटेशन सुविधा ने काम को वित्त पोषित किया। विली और गैल स्पार्टा बायोमेडिकल में शेयरधारक हैं।
स्रोत: ड्यूक विश्वविद्यालय
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