杜克大学发明有望替代人类软骨的新材料

人类的膝软骨其实是一种相当神奇的物质,它一方面能支撑人的体重,却又柔软足以让关节缓冲长达数十年,类似这种兼具柔软跟支撑性,却又无毒可以用在人体的材料,事实上相当难以用人工方式制造(现在的人工关节多採用耐磨塑胶垫片)。

杜克大学发明有望替代人类软骨的新材料
很小体积的软材料可以承载100磅的压力

但现在美国杜克大学的科学家发表了物理特性、强度、耐用度都十分接近软骨的凝胶,它有 60% 含水量,但只要小小一片就能承受 100 磅壶铃挤压(约 45.4 公斤如题图)而不会撕裂或变形,杜克大学学者 Ben Wiley、Ken Gall 希望这项研究可以早日实际用在帮助膝关节病患。

事实上,人体自我修復软骨的能力并没有想像中强,许多长辈膝盖疼痛会被困扰就是因为软骨磨损,大多只能依靠事前的运动、饮食保养跟定期健康检查来延缓关节退化;一旦膝盖出严重问题,目前的主流治疗法就是植入以金属跟耐磨塑胶垫片製造的人工关节。不过一般来说人工关节寿命只有十几年,为了彻底解决人类膝软骨问题,科学家不断在实验製造各种具有减震特性且无毒的材质,但一般来说它们的强度或耐用度都还太弱,不足以支撑人体。

但杜克大学的科学家使用三种材质打造了新型凝胶,他们首先把比较柔软、展延度好的线状聚合物跟另一种比较不柔软但呈现篮状的聚合物这两种交织在一起,最后再用网状的纤维素纤维把两种材料包覆起来。当凝胶整体被拉撑时,第三种聚合物可以保持凝胶完整不被拉坏,而在受到重量挤压时,一号和二号聚合物会互相排斥并粘在水分子裡,因此可以恢復原始形状。

在多达 100 万次的摩擦实验裡,这种新材质的耐磨性堪与人体软骨相比,甚至是现在美国 FDA 核准的脚大拇指人造软骨的 4 倍。

但纵使一开始的安全性测试表示这种材质对实验室裡培养的细胞无害,不过主导研究的 Ben Wiley 说,接下来最起码还要三年临床实验验证对生物无毒,才有机会进入人体使用阶段,团队下一步準备为绵羊植入这种凝胶开始测试。

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