Biomateriály: co to je, druhy a vlastnosti

Lidské bytosti (a většina zvířat) mají určitou schopnost léčit rány a zranění. Normálně otevření epidermis mechanickými procesy následuje lékařsky předvídatelný mechanismus hojení: tvorba sraženin, zánět, buněčná proliferace a diferenciace nových kmenů, aby se tkáň remodelovala a vrátila do původního stavu v co největší míře. možný.

V každém případě se opravuje nejen epidermis. Konsolidace kostí a mobilizace satelitních buněk myocytů (v kosti a svalu, v tomto pořadí), jsou příklady dalších fyziologických mechanismů, které se snaží léčit mikrotrhliny a zlomeniny v našem aparátu lokomoční.

Například, když dojde ke zlomenině kosti, buněčná těla (osteocyty, osteoblasty, osteoklasty a buňky osteoprogenitory) vylučují a remodelují kostní matrix, aby se dosáhlo, že kost obnoví svůj normální tvar v malém možný čas. Obvykle během 6 až 8 týdnů lze pozorovat výrazné zlepšení.

Bohužel ne všechny tkáně se dobře hojí a některé zcela postrádají dokonalou regenerační schopnost, jako je srdce nebo jiné orgány. Chcete-li napadnout limity lidských fyziologických schopností a potenciálně zachránit miliony životů,

biomateriály přicházejí do naší doby. Naučte se o nich vše, protože budoucnost medicíny je nejméně slibná.

• Související článek: „Hlavní buněčné typy lidského těla“

Co jsou biomateriály?

Biomateriál z lékařského hlediska je jakýkoli přírodní nebo syntetický materiál určený k zavedení do živé tkáně, zejména jako součást chirurgického prvku nebo implantátu. Na fyziologické úrovni mají tyto materiály jedinečné vlastnosti ve srovnání s ostatními, protože mohou bezprostřední kontakt s živou tkání, aniž by došlo k negativním imunitním reakcím trpěliví.

Kromě toho je třeba poznamenat, že biomateriály nedosahují své funkce segregací farmakologických látek a nejsou závislé na metabolizaci organismem k dosažení požadovaného efektu (jinak bychom se bavili o lécích). Jejich pouhá funkčnost a kouzlo spočívá v tom, že jsou (a přizpůsobují se) na správném místě, protože ideálně slouží k nahrazení jakékoli tvrdé nebo měkké tkáně, která utrpěla nějaký druh poškození. Kromě typického použití jsou stále častěji využívány také jako diagnostické metody a další klinické události.

První generace biomateriálů byla vytvořena přibližně v roce 1940, s vrcholem užitku a funkce v 60. a 70. letech 20. století. Jak byly lékařské znalosti a materiály zdokonalovány, schopnosti z těchto prvků se postupem času zdokonalovaly, což dalo vzniknout sloučeninám druhého a třetího generace. Některé z jeho ideálních vlastností jsou následující:

• Vhodné mechanické vlastnosti: vysoce tuhý biomateriál nelze zavést do volné přírodní tkáně, protože by byla narušena jeho správná funkčnost.
• Odolnost vůči korozi ve vodném prostředí: lidské tělo je z 60 % tvořeno vodou. Proto je zásadní, aby byl biomateriál odolný vůči vodnímu stresu.
• Neměl by podporovat místní toxicitu nebo karcinogenní jevy v tkáni, do které je umístěn.
• Od druhé generace se hledalo, aby materiály byly také bioaktivní. Ty by měly vyvolat fyziologickou reakci, která podporuje funkci a výkonnost biomateriálu.
• Další z nových hledaných vlastností je, že některé materiály byly schopné reabsorbce. To znamená, že v průběhu času mizí nebo se drasticky mění a tělo je může metabolizovat.
• Konečně se dnes očekává, že některé z nich stimulují specifické reakce na buněčné úrovni.

Jak si dokážete představit, ideální vlastnosti biomateriálu zcela závisí na funkčnosti. Chirurg například chce, aby se šroub aplikovaný k fixaci štěpu u poranění vazů časem reabsorboval, takže pacient nemusí znovu zasahovat. Na druhou stranu, pokud biomateriál nahradí vitální strukturu, představa je, že je trvalá a odolává všem prvkům tělesného ekosystému.

Kromě, některé biomateriály jsou zajímavé z buněčného hlediska, protože mohou rozvíjet svůj růst a diferenciaci. Například některé bioaktivní krystaly třetí generace jsou navrženy tak, aby aktivovaly určité geny v poškozených tkáňových buňkách, aby podpořily rychlou regeneraci. Vypadá to jako technologie převzatá z dystopické budoucnosti, ale to je dnes realita.

Druhy biomateriálů

Aby vše výše uvedené nezůstalo v řadě éterických konceptů, předkládáme vám důkaz o užitečnosti biomateriálů. Nemůžeme je pokrýt všechny (protože seznam je velmi dlouhý), ale shromažďujeme některé z nejzajímavějších. Nenechte si to ujít.

1. Keramika s fosforečnanem vápenatým

Porézní kalciumfosfátová keramika může být použita k opravě určitých intraboniárních defektů, protože jsou nejsou toxické, jsou biokompatibilní s organismem a významně nemění hladinu vápníku a fosforu v krvi. V každém případě, protože biokeramika je mimořádně tvrdá a velmi pomalu se rozkládá, je pro dosažení lepších výsledků obvykle nutné ji kombinovat s biologicky odbouratelnými polymery.

Tyto typy implantátů se používají například k podpoře obnovy kosti při zlomeninách. Je zvláštní, že bylo pozorováno, že naplnění těchto biomateriálů mezenchymálními kmenovými buňkami může podpořit rychlejší a lepší regeneraci tkání u určitých zvířat. Jak vidíte, biomateriál není jen minerál nebo sloučenina, ale směs organických a anorganických prvků, které se snaží najít dokonalou rovnováhu k dosažení jeho funkčnosti.

2. bioaktivní krystaly

Bioaktivní krystaly jsou také ideální pro určité regenerační procesy na úrovni kostí, protože jejich rychlost degradace může být kontrolována, vylučují určité iontové materiály s osteogenním potenciálem a mají více než správné afinitní setkání s kostní tkání. Několik studií například ukázalo, že některé bioaktivní krystaly podporují aktivaci osteoblasty, buňky kostní tkáně, které vylučují mezibuněčnou matrici, která dává kosti její pevnost a funkčnost.

• Mohlo by vás zajímat: „12 oborů (nebo oborů) psychologie“

3. Resorbovatelné bikortikální šrouby

Resorbovatelné dlahy a šrouby na bázi kyseliny polymléčné a polyglykolové jsou od té doby na denním pořádku stále častěji nahrazují tvrdé titanové prvky, které přinášely tolik problémů při poraněních při svařování.

Například polyglykolát je pevný, netuhý materiál, který se netřepí a nabízí dobrou bezpečnost jako opěra při šití. Tyto materiály daleko předčí titan v tom, že pacientovi způsobují mnohem méně nepohodlí, jsou levnější a nevyžadují chirurgické odstranění.

4. biomateriálové náplasti

Dosud jsme se zmiňovali o biomateriálech, které se používají pro regeneraci kostí, ale používají se i v měkkých tkáních. Například National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering vyvíjí alginátové náplasti na bázi hnědých řas, as terapeutické tmely k léčbě plicních infiltrací po úrazech, operacích nebo stavech, jako je zápal plic a cystická fibróza.

Výsledky těchto technologií jsou slibné, protože se zdá, že alginátové náplasti dobře reagují tlaky podobné těm, které vyvíjejí plíce a napomáhají regeneraci tkání v těchto orgánech tak nezbytných pro život.

5. Hydrogelový „obvaz“ na popáleniny

Lidé, kteří trpí těžkými popáleninami, zažívají skutečnou agónii při manipulaci s obvazy a navíc tyto zpomalují epidermální růst a regeneraci tkání. Použitím hydrogelů, které jsou v současnosti studovány, by tato řada problémů mohla zmizet.

Hydrogel by působil jako ideální film, který by zabránil infekci a degradaci způsobené nepříznivými vlivy prostředí v ráně.. Navíc by se mohl rozpouštět rychlostí určitých kontrolovaných postupů a obnažit léze bez mechanického namáhání, které to s sebou nese. Bezpochyby by to nekonečně zlepšilo pobyt pacientů s těžkými popáleninami v nemocnici.

souhrn

Vše, co jsme vám řekli, není založeno na dohadech a hypotézách: mnohé z těchto materiálů se již dnes používají, zatímco jiné se v současné době aktivně vyvíjejí.

Jak vidíte, budoucnost medicíny je přinejmenším slibná. S objevem a zdokonalováním biomateriálů se otevírají nekonečné možnosti, od reabsorpce šrouby a stehy k integraci prvků do tkání, které podporují aktivaci hojivých mechanismů vlastní. Skutečnost je v oblasti medicíny nepochybně podivnější než fikce.

Bibliografické odkazy:

• Bhat, S., & Kumar, A. (2013). Biomateriály a bioinženýrství zítřejší zdravotnictví. Biomatter, 3(3), e24717.
• Biomateriály, NIH. Sbíráno 20. března in https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Griffith, L. G. (2000). Polymerní biomateriály. Act materialia, 48(1), 263-277.
• Hubbell, J. NA. (1995). Biomateriály v tkáňovém inženýrství. Bio/technology, 13(6), 565-576.
• Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O., & Planell, J. NA. (2008). Biomateriály v ortopedii. Journal of the royal society interface, 5(27), 1137-1158.
• Park, J., & Lakes, R. S. (2007). Biomateriály: úvod. Springer Science & Business Media.
• Ratner, B. D. a Bryant, S. J. (2004). Biomateriály: kde jsme byli a kam směřujeme. Annu. Rev. Biomed. Eng., 6, 41-75.