软骨表面重修种植材料的生物摩擦学

未经治疗的膝关节软骨缺陷可导致骨关节炎，伴有持续疼痛、僵硬和活动能力下降等症状。目前软骨缺陷的治疗仅限于病变大小和特定年龄组。软骨表面重修植入物对于不再适合再生治疗但太年轻而无法进行全膝关节置换术的中年患者来说是一种有前途的替代疗法。植入物的成功是通过观察身体部位所经历的摩擦，润滑和磨损(摩擦学特性)来衡量的。Alicia Damen的博士研究着眼于两种新的软骨表面重修植入物的开发，以治疗软骨缺陷，并研究了它们的摩擦学特性。

膝关节软骨传递负荷，并为膝关节的关节提供光滑，润滑的表面。因此，简单地说，这种软骨对于运动的便利性很重要。因此，超低摩擦和增强润滑是膝关节健康关节软骨的基本特征。

然而，当受损的软骨被植入物取代时，例如局灶性膝关节表面重修植入物，它们的摩擦特性需要足以确保相对的软骨在滑动或滑动过程中不会进一步受损。这取决于膝关节的各个方面，如软骨和滑液组成。在她的博士研究中，艾丽西亚·达门开始探索这些方面。

软骨组成

首先，Damen通过展示两个软骨表面重修植入物(一个由钴铬制成，另一个由不可降解的聚碳酸酯 - 聚氨酯(PCU)制成)来研究软骨组成的重要性，当相对于健康光滑的软骨移动时表现良好。然而，随着时间的推移，当相反的软骨是关节炎时，这造成了进一步的损害。

其次，Damen评估了植入物本身是否在体内随着时间的推移而粗糙，因为这可能会损害它们的性能。详细的表面轮廓分析表明，一种钴铬植入物和两种类型的PCU植入物的表面纹理，每种植入物具有不同的茎刚度，以不同的方式变化。在这里，茎是植入物的一部分，有助于将植入物固定在骨骼中。这表明不同的磨损机制取决于表面材料和阀杆的刚度。

这些僵硬的、不可吸收的植入物不会随着时间的推移而适应，并且在中长期内可能会变得不稳定。这些植入物可能会推迟全关节置换术的需求，但它们不是长期的解决方案。

水力空间

在她论文的第二部分，Damen研究了一种新的，可再生的仿生植入物作为长期治疗。该植入物基于经编间隔物织物，填充有水凝胶，称为水垫片。同时压缩和运动，使用定制的装置来模仿步态或步行周期，揭示了间隔织物的方向和水凝胶的膨胀潜力影响了相反的软骨磨损。

为了防止间隔织物纤维引起的相反软骨损伤，通过使用更柔软的纺织材料(在这种情况下是聚己内酯(PCL))研究了植入物放置的效果。当HydroSpacer植入物放置在软骨更深处时，观察到的相反软骨磨损量最小，因此它不与周围的软骨齐平。

滑液

滑动表面之间的摩擦可能会造成磨损。因此，确定了各种滑液组分对软骨与金属种植体表面之间铰接的润滑能力，并与两个软骨表面进行了比较。

结果表明，蛋白聚糖4(也称为lubricin)是减少软骨与相对表面之间摩擦的关键成分。接下来，Damen确定水力间隔表面的PCL是否可以逐层涂层。结果表明，该涂层能够吸附天然的润滑分子蛋白聚糖4，从而减少当这种植入材料与软骨铰接时的摩擦。

种植潜力

总之，Damen的研究提出了两种新型的软骨表面重修植入物，用于治疗局灶性软骨缺陷，评估了它们的摩擦学行为，并提出了改进和未来研究的方法。

这两种植入物类型都有可能成为中年患者局灶性软骨缺陷的替代治疗方法。从Damen的工作中获得的见解将有利于优质植入物的开发，这反过来又会推迟或减少对全膝假体的需求。

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