El azúcar podría ayudar a reparar las articulaciones humanas artificiales




Una representación gráfica del recubrimiento de la superficie reparadora e imágenes de microscopio que muestran un área reparada en verde. Crédito: Dr Paul McGonigal & Chem

Un recubrimiento de polímero que contenga azúcar podría algún día ayudar a reparar los implantes articulares artificiales, como los reemplazos de cadera, cuando se dañan por el desgaste, según una nueva investigación.

Un equipo internacional de químicos e ingenieros, incluidas las universidades de Durham y York, Reino Unido, y la Universidad de Tsinghua, China, ha desarrollado la técnica para reparar fácilmente las superficies de baja fricción.

Inspirándose en la forma en que funciona el cartílago para lubricar las articulaciones en los seres humanos, el equipo ha descubierto que los anillos de azúcar pueden ayudar a que un polímero se aferro a las superficies y repare el daño.

Al publicar sus hallazgos en la revista Chem,dicen que su descubrimiento podría eventualmente usarse en implantes médicos para extender la vida útil de las articulaciones artificiales.

Esperan que el recubrimiento también pueda usarse eventualmente para reducir el desperdicio de energía causado por la fricción en los sistemas mecánicos,haciéndolos más eficientes.

Si bien el cartílago puede ser restaurado por los cuerpos humanos si se daña, las superficies artificiales normalmente no se reparan tan fácilmente.

El equipo de investigación descubrió que si el recubrimiento de polímero que han creado se frota de una superficie durante el uso, entonces un anillo de azúcar en su estructura le permite volver a unrse fácilmente.

El recubrimiento creado por el equipo de investigación imita la forma en que funciona el cartílago para lubricar las articulaciones humanas.

El cartílago utiliza agua para hacer una superficie resbaladiza que minimiza el desgaste. De la misma manera, los nuevos recubrimientos persuaden una capa de agua a la superficie, haciéndola resbaladiza y protegiendo las superficies a medida que se golpean o frotan.

El autor principal, el Dr. Paul McGonigal, profesor asociado en el Departamento de Química de la Universidad de Durham, Reino Unido, dijo: "Nuestro recubrimiento que contiene azúcar nos brinda una nueva forma atractiva de reparar el daño a las superficies de baja fricción.

"Las articulaciones de la cadera y la rodilla en nuestros cuerpos resisten décadas de desgaste gracias a que el cartílago se repara y reemplaza constantemente. Hemos fabricado materiales que funcionan de forma similar, pero que son compatibles con juntas artificiales.

"Los componentes de nuestros recubrimientos son biocompatibles, lo que los convierte en perspectivas emocionantes para su uso en medicina.

"También podríamos imaginar el desarrollo de una gama de estos materiales que funcionan en entornos muy diferentes. Evitar y reparar el daño causado por la fricción es igualmente importante para garantizar que los automóviles y otras máquinas duren mucho tiempo".

El recubrimiento de polímero tiene dos partes principales. En primer lugar, tiene una larga cadena molecular con cargas positivas y negativas para aferrarse a una capa de agua, utilizando un efecto similar a la electricidad estática. En segundo lugar, un anillo de azúcar está unido a un extremo de la cadena. Este anillo se ancla a una superficie acoplándose con moléculas específicas, llamadas adamantanos.

Al tratar el metal de titanio con estas estructuras de adamantano, los investigadores demostraron que el recubrimiento de polímero se siente atraído por la superficie. Los enlaces débiles y no permanentes que se forman son clave para el proceso de reparación.

El coautor Dr. Yulong Sun, investigador en el laboratorio del Dr. McGonigal en la Universidad de Durham, pasó tiempo investigando las superficies de baja fricción con el estudiante de investigación de doctorado Yixin Wang y el profesor Hongyu Zhang en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tsinghua.

El Dr. Sun dijo: "Los mecanismos de reparación son clave para fabricar materiales que duren mucho tiempo.

"Los materiales de baja fricción de la naturaleza se regeneran cuando se dañan, pero hasta ahora, no hemos tenido buenos mecanismos de reparación para los sistemas artificiales. Para hacer frente a este desafío, necesitamos que los químicos e ingenieros cooperen para diseñar tecnología de recubrimiento avanzada".

Los investigadores agregaron que por ahora este tipo de reparación requiere que se disuelva más recubrimiento de polímero en el agua que rodea una superficie, pero creen que no pasará mucho tiempo hasta que se mejoren los recubrimientos para evitar la necesidad de que este material adicional esté presente.

Alyssa-Jennifer Avestro, investigadora Dorothy Hodgkin en la Universidad de York, dijo: "Esta es una química dinámica pero selectiva, que parece que podría ser una forma efectiva de deshacer los efectos negativos del desgaste mecánico en las articulaciones y otras superficies.

"Si nuestra capa de recubrimiento protector se desgasta, se restaura nuevamente sin necesidad de nuestra intervención, gracias al reconocimiento molecular dirigido".

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