Výzkumnéaktivity

Superlubricita synoviálních kloubů a náhrady chrupavky

Abstrakt:
Cílem výzkumu je objasnit mechanismy superlubricity kloubní chrupavky a vývoj náhrady chrupavky. Výzkumné aktivity se soustředí na roli jednotlivých složek synoviální kapaliny při snaze reprodukovat superlubricitu ex vivo při využití biologických i syntetických materiálů.

Cíle výzkumu:

  • Objasnit mechanismus superlubricity a účinnost viskosuplementace kloubní chrupavky.

  • Popsat roli a interakci jednotlivých složek synoviální kapaliny.

  • Vyvinout náhradu chrupavky ze syntetického materiálu na bázi hydrogelu.

Specifikace výzkumu:
Výzkum se zaměřuje na vývoj tribologického modelu přirozeného (synoviálního) kloubu při snaze popsat mechanismy superlubricity kloubní chrupavky. Na základě sledování vývoje součinitele tření a tloušťky mazacího filmu při využití biologických (zvířecí chrupavka) i syntetických materiálů na bázi hydrogelu jsou popsány role a interakce jednotlivých složek synoviální kapaliny. Pro tato pozorování byl vyvinut i světově unikátní simulátor, který umožňuje měření tření při současném pozorování mazacího filmu pomocí fluorescenční mikroskopie. Pozornost je rovněž věnována tzv. viskosuplementům na bázi kyseliny hyaluronové (KH), které mohou v určitých případech významně pomoci pacientům s artrózou. Na základě rozsáhlého experimentálního programu se již podařilo velmi dobře popsat mechanismus interakce proteinů a KH a identifikovat vliv molekulové hmotnosti a koncentrace KH na tření a mazání. Současně se díky kooperaci se zahraničním pracovištěm podařilo vyvinout a otestovat materiál na bázi PVA hydrogelu, který by potenciálně mohl nahradit kloubní chrupavku. Při testování na simulátoru kyčelního kloubu se podařilo dosáhnout snížení součinitele tření až o 98 % v porovnání s konvenčními kloubními náhradami.

Publikace:
REBENDA, D.; VRBKA, M.; ČÍPEK, P.; TOROPITSYN, E.; NEČAS, D.; PRAVDA, M.; HARTL, M. On the Dependence of Rheology of Hyaluronic Acid Solutions and Frictional Behavior of Articular Cartilage. Materials, 2020, vol. 13, no. 11, p. 1-14. ISSN: 1996-1944.
https://doi.org/10.3390/ma13112659

NEČAS, D.; YARIMITSU, S.; REBENDA, D.; SHINMORI, H.; VRBKA, M.; SAWAE, Y.; MURAKAMI, T.; KŘUPKA, I. On the Replacement of Articular Cartilage: The Friction of PVA Hydrogel Layer in Hip Simulator Test. Tribology International, 2023, vol. 178, no. Part B, p. 108100-108100. ISSN: 0301-679X. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2022.108100

REBENDA, D.; VRBKA, M.; NEČAS, D.; TOROPITSYN, E.; YARIMITSU, S.; ČÍPEK, P.; PRAVDA, M.; HARTL, M. Rheological and frictional analysis of viscosupplements towards improved lubrication of human joints. Tribology International, 2021, vol. 160, no. 1, p. 107030-107030. ISSN: 0301-679X. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107030

Partneři a spolupráce:
Kyushu University, Faculty of Engineering, 744 Motooka, Nishi-ku, Fukuoka 819-0395, Japonsko.

Contipro, a.s., Dolní Dobrouč 401, 561 02 Dolní Dobrouč, Česká republika.

Fakulta strojní ČVUT, Technická 4, 160 00 Praha 6, Česká republika.

Projekty:
MEBioSys – Strojní inženýrství biologických a bioinspirovaných systémů, OP JAK Špičkový výzkum, CZ.02.01.01/00/22_008/0004634, 2023-2028.

Vliv viskosuplementace kloubní kapaliny na tření a mazání, Grantová agentura České republiky – standardní projekty, 20-00483S, 2020-2022.

Kontaktní osoba:
prof. Ing. Martin Vrbka, Ph.D.