軟骨

May 16, 2023

関節炎を患っている人なら誰でも知っているように、軟骨は関節が自由に動くのに重要な役割を果たしています。 科学者たちは現在、その品質を、時々水を注入するだけで済む合成自己潤滑材料で再現しました。

軟骨は膝などの関節の骨の端を覆い、その下の骨組織を摩耗させることなく骨が互いにスムーズに移動できるようにしています。 これは、コラーゲン線維、プロテオグリカンタンパク質、エラスチンタンパク質線維の多孔質マトリックスで構成されています。 そのマトリックスは、関節内で生成される滑液として知られる粘性の液体を吸収します。

関節が動くと、接触する軟骨表面からその流体が徐々に放出され、潤滑が提供されます。 同時に、吸収された液体は、水圧弾性効果のおかげで、軟骨が圧縮力による不可逆的な変形に耐えるのにも役立ちます。 研究者らはこれまでにも人工軟骨の作製を試みてきたが、通常はそのような力に耐えられない柔らかいヒドロゲルを使用していた。

リーズ大学のシアヴァシュ・ソルタナマディ博士が率いる同大学とインペリアル・カレッジ・ロンドンの科学者たちは、異なるアプローチをとった。 彼らは依然として潤滑剤（この場合は水）を吸収および放出できるヒドロゲルを使用していますが、そのゲルはポリジメチルシロキサン（PDMS）と呼ばれるシリコーンベースのポリマーの多孔質支持マトリックス内に含まれています。

ヒドロゲル/ポリマー材料が圧縮力を受けると、ポリマーのおかげで潤滑ゲルは単独で耐えられるよりも 14 ～ 19 倍の力に耐えることができます。 実際、この材料の弾性率は天然の軟骨の弾性率に近いです。

「私たちは現在、軟骨に見られる最も重要な特性のいくつかを模倣する工学用途向けの材料を開発しました。それが可能になったのは、自然のやり方を模倣する方法を見つけたからです」とソルタナハマディ氏は言う。 「柔らかくても摩耗や損傷を最小限に抑えながら重荷重に耐えることができる合成材料は、ベアリングなど、工学分野で多くの用途に使用されています。」

この研究は、最近『Applied Polymer Materials』誌に掲載された論文で説明されています。

出典: リーズ大学