Kunstig brusk under spænding lige så stærk som naturmateriale

Biomedicinske ingeniører ved University of California, Davis, har skabt et laboratoriedyrket væv svarende til naturlig brusk ved at give det lidt stræk. Vævet, vokset under spænding, men uden et støttestillads, viser lignende mekaniske og biokemiske egenskaber som naturlig brusk. Resultaterne offentliggøres 12. juni i tidsskriftet Naturmaterialer .

Ledbrusk giver en glat overflade, så vores led kan bevæge sig, men det kan blive beskadiget af traumer, sygdom eller overforbrug. Når først er beskadiget, den vokser ikke igen og er svær at erstatte. Kunstig brusk, der kunne implanteres i beskadigede led, ville have et stort potentiale til at hjælpe folk med at genvinde mobilitet.

Naturlig brusk dannes af celler kaldet chondrocytter, der klæber sammen og producerer en matrix af proteiner og andre molekyler, der størkner til brusk. Bioingeniører har forsøgt at skabe brusk, og andre materialer, i laboratoriet ved at dyrke celler på kunstige stilladser. For nylig, de har vendt sig til "stilladsfrie" systemer, der bedre repræsenterer naturlige forhold.

UC Davis holdet, ledet af professor Kyriacos Athanasiou, Institut for Biomedicinsk Teknik, dyrkede menneskelige chondrocytter i et stilladsfrit system, gør det muligt for cellerne at samle sig selv og klæbe sammen inde i en specialdesignet enhed. Når cellerne var samlet, de blev sat under spænding - mildt strakt - over flere dage. De viste lignende resultater ved brug af bovine celler.

"Da de blev strakt, de blev stivere, " sagde Jerry Hu, en forskningsingeniør og medforfatter på undersøgelsen. "Vi tænker på brusk som stærk i kompression, men at sætte det under spænding har dramatiske effekter."

Det nye materiale havde en lignende sammensætning og mekaniske egenskaber som naturlig brusk, de fandt. Den indeholder en blanding af glykoproteiner og kollagen, med tværbindinger mellem kollagenstrenge, der giver styrke til materialet.

Eksperimenter med mus viser, at det laboratoriedyrkede materiale kan overleve i et fysiologisk miljø. Det næste skridt, Hu sagde, er at sætte den laboratoriedyrkede brusk ind i et bærende led, for at se, om den forbliver holdbar under stress.

"I denne omfattende undersøgelse, vi viste, at vi endelig kan konstruere væv, der har de træk- og kompressionsegenskaber som naturligt væv, " sagde Athanasiou. "Den kunstige brusk, som vi udvikler, er fuldstændig biologisk med en struktur, der ligner ægte brusk. Mest vigtigt, vi mener, at vi har løst det komplekse problem med at lave væv i laboratoriet, der er stærkt og stivt nok til at klare de ekstremt høje belastninger, der opstår i led såsom knæ og hofte."