Gladder dan kraakbeen

Kunstgewrichten geven veel wrijving en dat veroorzaakt slijtage. Maar nu is er een gladde coating van moleculaire borstels.

Waar botten uitmonden in gewrichten zijn ze bekleed met zeer glad kraakbeen. Ledematen kunnen daardoor bewegen met heel weinig wrijving. Kunstmatige gewrichten kunnen hier nog niet aan tippen: de wrijving is ongeveer 50 keer zo groot als in een natuurlijk gewricht. Britse en Israëlische onderzoekers hebben nu een materiaal gemaakt dat gladder is dan de natuur en een hogere belasting aankan dan natuurlijk kraakbeen.

Het probleem van wrijving bij kunstmatige gewrichten is niet zozeer dat men moeilijker beweegt. De wrijving met de straat bij lopen, of met de wind bij fietsen, is veel hoger. Het probleem is dat wrijving slijtage veroorzaakt. Slijtage op zijn beurt zorgt voor klachten, doordat afgesleten deeltjes in het gewricht belanden. Een gevolg kan zijn dat de levensduur van het gewricht wordt bekort.

Het Brits-Israëlische team heeft de eigenschappen onderzocht van moleculaire borstels: velden van rechtopstaande haren van een plasticachtige stof genaamd pMPC – een afkorting voor poly[2-(methacryloyloxy)ethyl phosphorylcholine]. Het materiaal van deze borstels trekt water aan en dit water gaat zich gedragen als een smerende film. pMPC wordt wel gebruikt als oppervlaktelaagje in contactlenzen.

In Japan is pMPC getest in een heupsimulator. Onderdelen van polyethyleen met een coating van pMPC sleten 40 keer minder dan zonder coating. In experimenten met muizen bleken inwendig losgelaten deeltjes pMPC vrijwel geen reactie te veroorzaken.

In eerdere experimenten, zes jaar geleden, van dezelfde Brits-Israëlische groep was al gebleken dat pMPC de lage wrijving van gewrichtskraakbeen kon halveren. Maar dat lukte alleen bij relatief lage druk op het contactoppervlak: bij ongeveer drie kilo per vierkante centimeter ging het materiaal kapot.

De borstels die nu zijn gebruikt zijn in verschillende opzichten verbeterd. In de eerste plaats is de hechting aan de ondergrond van mica versterkt door een soort lijm aan te brengen alvorens de plastic haren te laten groeien. In de tweede plaats zijn op de haren nu plekken te vinden waar elektrische lading is geconcentreerd. Dat trekt extra water aan.

Als gevolg daarvan blijft het materiaal nu lekker glibberig bij drukken waarbij zelfs kraakbeen bezwijkt: 75 kilo per cm2. De wrijving tussen twee borsteloppervlakken is vijf keer zo gering als de wrijving tussen twee stukken gezond gewrichtskraakbeen.

In hun publicatie in Science wijzen de onderzoekers erop dat dit geen verklaring oplevert voor de gladheid van natuurlijk kraakbeen. Er zijn teveel verschillen: kraakbeen is zachter en ruwer dan het mica dat in het experiment is gebruikt, en het oppervlak van gewrichtskraakbeen is veel complexer dan de simpele borstelstructuur die hier is onderzocht. Hoe de natuur dit voor elkaar krijgt, wordt nog altijd niet begrepen. Hoewel ze in Science wijzen op de relevantie van hun werk voor kunstmatige gewrichten, zijn er nog geen concrete plannen voor klinische toepassing.

Herbert Blankesteijn