EPFL-onderzoekers hebben een hydrogel ontwikkeld - die voor bijna 90% uit water bestaat - die van nature hecht aan zacht weefsel zoals kraakbeen en de meniscus. Als de hydrogel reparatiecellen draagt, het kan beschadigd weefsel helpen genezen.

Sommige soorten lichaamsweefsel, zoals kraakbeen en meniscus, weinig of geen bloedtoevoer hebben en bij beschadiging niet kunnen genezen. Een veelbelovende benadering van dit probleem is het injecteren van een hydrogel geladen met reparatiecellen of medicijnen in het beschadigde gebied in de hoop weefselregeneratie te stimuleren.

Echter, commerciële hydrogels blijven niet zitten nadat ze op het behandelingsgebied zijn aangebracht vanwege de druk van de bewegingen van het lichaam en de stroom van lichaamsvloeistoffen. Artsen gebruiken daarom speciale membranen om de hydrogel op zijn plaats te houden, toch zijn die membranen vastgemaakt met hechtingen die het weefsel doorboren dat de hydrogel zou moeten genezen.

Twee EPFL-onderzoeksgroepen, onder leiding van Dominique Pioletti en Pierre-Etienne Bourban, hebben een biocompatibele hydrogel gecreëerd die van nature hecht aan zachte weefsels zoals kraakbeen en de meniscus. Hun hydrogel, dat is bijna 90% water, is bestand tegen mechanische spanningen en uitgebreide vervorming en elimineert daarom de noodzaak van een afzonderlijk bindproces. Hun onderzoek is gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces .

"Onze hydrogel is tien keer meer hechtend dan momenteel beschikbare bioadhesieven op de markt zoals fibrine, " zegt Pioletti, hoofd van het laboratorium voor biomechanische orthopedie in EPFL's School of Engineering. "En dankzij het hoge watergehalte, onze hydrogel lijkt qua aard sterk op het natuurlijke weefsel waarvoor het is ontworpen om te genezen."

Composiet dubbel netwerk hydrogel

De nieuwe hydrogel is eigenlijk een composietmateriaal dat bestaat uit een dubbelnetwerkmatrix en een vezelnetwerk. Deze structuur behoudt het sterke hechtingsvermogen van het materiaal door de impact van mechanische spanningen af ​​te vlakken. "De dubbele netwerkstructuur verdeelt inkomende mechanische energie door de hydrogel, zodat het materiaal een verbetering van de hechting vertoont wanneer het wordt samengedrukt of uitgerekt, " zegt Pioletti. "In hydrogels die deze dempingsmechanismen missen, de mechanische spanningen zijn geconcentreerd op het grensvlak tussen de hydrogel en het weefsel, en de hydrogel komt vrij gemakkelijk los."

Martin Broome, hoofd van de afdeling Kaak- en Aangezichtschirurgie van het Universitair Ziekenhuis van Lausanne (CHUV) en co-auteur van het artikel, is ervan overtuigd dat dit type hydrogel echt een verschil kan maken. "Als we voortbouwen op de opmerkelijke kleefeigenschappen van de hydrogel, die de deur zou kunnen openen naar een groot aantal potentiële toepassingen. Op een dag, bijvoorbeeld, het kan worden gebruikt in plaats van metalen materialen zoals titanium om botbreuken te veroorzaken. Meer onmiddellijk, we hoeven misschien niet langer complexe hechtingen te gebruiken op sommige soorten zacht weefsel."

In zijn huidige vorm, de bij EPFL ontwikkelde hydrogel kan aan verschillende soorten weefsel hechten. De volgende stap voor de onderzoekers is om het af te stemmen op specifieke toepassingen. "Nu ons materiaal zijn superieure mechanische eigenschappen heeft bewezen, we gaan eraan werken om het te vullen met verschillende middelen die het kraakbeen of de meniscus van een patiënt kunnen helpen genezen, ’ besluit Pioletti.