Estrategia para lograr articulaciones y ligamentos artificiales lo bastante resistentes

Mucha gente sufre alguna lesión deportiva ocasional o experimenta algún tipo de dolor relacionado con las articulaciones y los ligamentos en algún momento de su vida. Para lesiones de este tipo que sean graves, una vía prometedora de creación de articulaciones y ligamentos artificiales es la de los hidrogeles. Estos son materiales poliméricos hechos principalmente de agua. Pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones médicas y de otro tipo. Sin embargo, los intentos anteriores para lograr elaborar materiales de este tipo cuyo uso práctico resultase factible fueron insatisfactorios, ya que los materiales sufrían muchas tensiones mecánicas de difícil mitigación y se deformaban con facilidad.

Un nuevo cristal que puede formarse y deformarse de forma reversible permite a los hidrogeles recuperarse rápidamente de la tensión mecánica. Las prótesis hechas de materiales de este tipo podrían cumplir la misma función que las articulaciones y ligamentos naturales y soportar sin problemas las mismas tensiones mecánicas que habitualmente soportan esos tejidos.

El avance tecnológico es obra del equipo de Koichi Mayumi, de la Universidad de Tokio en Japón.

Estos nuevos hidrogeles podrían llegar a quirófanos dentro de unos diez años.

Los intentos anteriores de lograr articulaciones y ligamentos artificiales mediante un uso convencional de hidrogeles se basaron en los llamados enlaces de sacrificio, que se rompen cuando se deforma la estructura de la que forman parte. La destrucción de los enlaces de sacrificio disipa la energía mecánica y esto es lo que hace robusto al material. El problema es que los enlaces de sacrificio tardan bastante tiempo, a veces minutos, en recuperarse. Y a veces no se recuperaban en absoluto.

Estas imágenes se tomaron utilizando luz polarizada para visualizar las zonas sometidas a tensión mecánica. A la izquierda, un hidrogel típico se ha roto con la tensión mecánica. A la derecha, el gel autorreforzado se estira sin romperse a pesar de la tensión mecánica. (Imágenes: © 2021 Mayumi et al.)

En cambio, Mayumi y sus colegas introdujeron cristales que se ensamblan en formas rígidas bajo tensión mecánica, pero que vuelven rápidamente a un estado de gel cuando se libera la tensión. En otras palabras, el hidrogel en su conjunto es extremadamente flexible en reposo, pero afronta con firmeza el impacto, de forma muy parecida a como lo hacen los cauchos naturales.

Mayumi y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance en la revista académica Science, con el título “Tough hydrogels with rapid self-reinforcement”. (Fuente: NCYT de Amazings)