Ein neues Hydrogel kann Kniegelenkknorpel ersetzen

Das Material ahmt die Eigenschaften natürlichen Knorpels nach und ist ein Kandidat für den operativen Gewebeersatz im Knie

Knorpel spielt in den Gelenken, insbesondere im Knie, eine Schlüsselrolle. Leider heilt er nach einer Schädigung kaum. Die medizinische Lösung ist ein Ersatzeingriff, doch bisher gab es keine geeigneten Materialien dafür. Heute haben Forscher der Duke University ein neues Hydrogel mit physikalischen Eigenschaften ähnlich denen natürlichen Knorpels entwickelt.

Hydrogele sind Materialien aus großen Wassermengen, die in einer sehr festen, aber leichten Struktur eingeschlossen sind. Im medizinischen Bereich werden sie bereits eingesetzt, um Blutungen zu verhindern, das Gewebewachstum anzuregen oder Wunden zu behandeln. Bekannte Materialien besitzen jedoch keine geeigneten mechanischen Eigenschaften. Das neue Hydrogel hingegen besteht aus drei ineinander verflochtenen Polymerstrukturen. Die erste gewährleistet die Dehnfestigkeit, die zweite bietet Festigkeit gegenüber vertikalen Kräften. Die dritte Struktur ist reich an Zellulosefasern, die das Material zusätzlich verstärken.

Hydrogelscheibe unter einer 45-kg-Kugel. Bildnachweis: Feichen Yang / today.duke.edu.

Das Geflecht ermöglicht es dem Hydrogel, nach strukturellen Veränderungen in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Die in der Zeitschrift Advanced Functional Materials veröffentlichten Tests zeigen eine münzgroße Scheibe, die einer Kraft von 45 kg standhält. Das Material verliert selbst nach 100.000 Dehnungen weder Form noch Festigkeit. Das Hydrogel wurde außerdem eine Million Mal an natürlichem Knorpel gerieben und erwies sich als widerstandsfähiger als das natürliche Gewebe.