In arrivo un nuovo tipo di idrogel per sostituire la cartilagine del ginocchio danneggiata

Chi soffre di patologie che interessano le cartilagini articolari, e in particolare quella del ginocchio, sa bene quanto sia difficile convivere con dolore, gonfiore e difficoltà di movimento. In alcuni casi, questi sintomi derivano dalla progressiva usura della cartilagine, una condizione nota come osteoartrite che colpisce quasi un adulto su sei nel mondo, per la quale le attuali opzioni di trattamento includono terapie farmacologiche, fisioterapia e l’intervento chirurgico. Per coloro che vogliono però evitare di sostituire l’intera articolazione potrebbe presto esserci un’altra opzione, sviluppata da un team di ricerca della Duke University di Durham, in Carolina del Nord, che ha creato il primo sostituto della cartilagine a base di idrogel con proprietà simili a quelle della cartilagine naturale.

Gli idrogel sono materiali flessibili e morbidi, e sono già stati considerati come una potenziale alternativa alla cartilagine naturale. Tuttavia, fino ad ora, questi materiali sono risultati troppo deboli per poter sostenere un peso elevato, limitando un loro possibile impiego. L’idrogel sviluppato dai ricercatori della Duke University ha invece mostrato di essere molto più forte della cartilagine naturale e tre volte più resistente all’usura, grazie a un innovativo processo di produzione. Per la sua realizzazione, il team ha utilizzato fibre di cellulosa e le ha infuse con un polimero chiamato alcol polivinilico, una sostanza appiccicosa e viscosa che consente al materiale di tornare alla sua forma originale.

Come detto, i ricercatori hanno anche messo a punto un nuovo processo di produzione, per cui, invece di congelare e poi scongelare per produrre cristalli all’interno del gel – come avviene nel caso della maggior parte degli idrogel – hanno utilizzato un trattamento termico chiamato ricottura per favorire la formazione di un maggior numero di cristalli all’interno della rete polimerica. Aumentando il contenuto di cristalli, i ricercatori sono così riusciti a produrre un gel in grado di resistere a uno stress cinque volte maggiore alla trazione e quasi il doppio alla spremitura rispetto ai metodi di congelamento-scongelamento. La maggiore resistenza ha anche aiutato a risolvere una seconda sfida progettuale, ovvero il fissaggio dell’idrogel all’articolazione con una forza sufficiente ad evitare che si allenti o scivoli via.

I primi impianti realizzati con questo materiale sono attualmente in fase di sperimentazione pre-clinica e, se tutto andrà secondo i piani, i test sull’uomo dovrebbero iniziare nell’aprile 2023, come spiegato dal professor Benjamin Wiley della Duke University che ha guidato la ricerca insieme all’ingegnere Ken Gall.

L’approccio produttivo, precisano gli studiosi in uno studio pubblicato sulla rivista Advances Functional Materials, ha permesso di ottenere un idrogel con una resistenza alla trazione di 51 megapascal (MPa) e e una resistenza alla compressione di 98 MPa. Rispetto alla cartilagine naturale, ciò si traduce in una resistenza alla trazione superiore del 26% e una resistenza alla compressione maggiore del 66% .

In un altro test, i ricercatori hanno utilizzato un macchinario per valutare l’usura della cartilagine artificiale che sfrega contro la cartilagine naturale un milione di volte, con una pressione simile a quella esercitata in un ginocchio, mostrando l’idrogel è tre volte più resistente della cartilagine naturale . “La sua forza è davvero fuori scala – ha commentato Wiley – . Poiché l’idrogel imita la natura liscia, scivolosa e morbia della cartilagine naturale, protegge anche le altre superfici articolari dall’attrito mentre sfregano contro l’impianto”.