Biomaterialer: hvad de er, typer og egenskaber

Mennesker (og de fleste dyr) har en vis evne til at hele sår og skader. Normalt følger åbninger af epidermis ved mekaniske processer en medicinsk forudsigelig helingsmekanisme: koageldannelse, betændelse, celleproliferation og -differentiering af de nye stammer, for at remodellere vævet og returnere det til dets oprindelige tilstand i videst muligt omfang. muligt.

Under alle omstændigheder repareres ikke kun epidermis. Knoglekonsolidering og mobilisering af myocyt-satellitceller (i henholdsvis knogle og muskler), er eksempler på andre fysiologiske mekanismer, der forsøger at hele mikrotårer og brud i vores apparat lokomotor.

For eksempel, når der er et brud i en knogle, cellelegemerne (osteocytter, osteoblaster, osteoklaster og celler) osteoprogenitorer) udskiller og omformer knoglematrixen for at opnå, at knoglen genvinder sin normale form i den mindreårige muligt tidspunkt. Typisk kan der inden for 6 til 8 uger ses betydelig forbedring.

Desværre heler ikke alt væv godt, og nogle mangler fuldstændig perfekt regenererende kapacitet, såsom hjertet eller andre organer. At udfordre grænserne for menneskets fysiologiske evner og potentielt redde millioner af liv,

biomaterialer kommer til vores tid. Lær alt om dem, fordi fremtiden for medicin er den mindst lovende.

• Relateret artikel: "Vigtigste celletyper af den menneskelige krop"

Hvad er biomaterialer?

Et biomateriale, set ud fra et medicinsk synspunkt, er ethvert naturligt eller syntetisk materiale beregnet til at blive indført i levende væv, især som en del af et kirurgisk element eller implantat. På et fysiologisk niveau har disse materialer unikke egenskaber sammenlignet med resten, da de kan kontakt med levende væv med det samme uden at forårsage negative immunreaktioner i patient.

Derudover skal det bemærkes, at biomaterialer de opnår ikke deres funktion gennem adskillelse af farmakologiske stoffer og er ikke afhængige af organismens metabolisering for at opnå den ønskede effekt (ellers ville vi tale om stoffer). Deres blotte funktionalitet og magi findes i at være (og tilpasse sig) på det rigtige sted, da de ideelt set tjener til at erstatte ethvert hårdt eller blødt væv, der har lidt en form for skade. Ud over deres typiske anvendelse anvendes de også i stigende grad som diagnostiske metoder og andre kliniske hændelser.

Den første generation af biomaterialer blev udtænkt i omkring 1940'erne, med et højdepunkt af nytte og funktion i 1960'erne og 1970'erne. Som medicinsk viden og materialer er blevet forfinet, kapaciteterne af disse elementer er blevet forbedret over tid, hvilket giver anledning til forbindelser af den anden og tredje generation. Nogle af dens ideelle egenskaber er følgende:

• Passende mekaniske egenskaber: Et meget stift biomateriale kan ikke indføres i et løst naturligt væv, da dets korrekte funktionalitet ville blive hæmmet.
• Modstandsdygtighed over for korrosion i et vandigt medium: den menneskelige krop er 60% vand. Derfor er det afgørende, at biomaterialet er modstandsdygtigt over for vandstress.
• Det bør ikke fremme lokal toksicitet eller kræftfremkaldende hændelser i det væv, det er placeret i.
• Fra anden generation søgte man, at materialerne også var bioaktive. Disse bør inducere en fysiologisk respons, der understøtter biomaterialets funktion og ydeevne.
• En anden af ​​de nye egenskaber, der søges, er, at nogle af materialerne var i stand til at blive reabsorberet. Det betyder, at de forsvinder eller ændrer sig drastisk over tid og kan omsættes af kroppen.
• Endelig forventes det i dag, at nogle af dem stimulerer specifikke reaktioner på celleniveau.

Som du kan forestille dig, de ideelle egenskaber af et biomateriale afhænger helt af funktionaliteten. For eksempel vil en kirurg have en skrue påsat til at fiksere et transplantat i ledbåndsskader for at reabsorbere over tid, så patienten ikke skal gribe ind igen. På den anden side, hvis biomaterialet erstatter en vital struktur, er ideen, at det er permanent og modstår alle elementerne i kroppens økosystem.

Udover, nogle biomaterialer er interessante fra et cellulært synspunkt, da de kan udvikle deres vækst og differentiering. For eksempel er nogle tredje generations bioaktive krystaller designet til at aktivere visse gener i beskadigede vævsceller for at fremme hurtig regenerering. Det virker som en teknologi hentet fra en dystopisk fremtid, men dette er en realitet i dag.

Typer af biomaterialer

For at alt det ovenstående ikke forbliver i en række æteriske begreber, præsenterer vi dig for bevis på nytten af ​​biomaterialer. Vi kan ikke dække dem alle (da listen er meget lang), men vi samler nogle af de mest interessante. Gå ikke glip af det.

1. Calciumfosfatkeramik

Porøs calciumphosphat keramik kan bruges til at reparere visse intrabony defekter, da de de er ikke giftige, de er biokompatible med organismen, og de ændrer ikke signifikant niveauet af calcium og fosfor i blodet. Under alle omstændigheder, da biokeramik er eminent hårdt og nedbrydes meget langsomt, er det normalt nødvendigt at kombinere dem med bionedbrydelige polymerer for at opnå bedre resultater.

Disse typer implantater bruges til at fremme knoglegendannelse ved f.eks. frakturer. Som et mærkeligt faktum er det blevet observeret, at indføring af disse biomaterialer med mesenkymale stamceller kan fremme hurtigere og bedre vævsregenerering hos visse dyr. Som du kan se, er et biomateriale ikke bare et mineral eller en forbindelse, men en blanding af organiske og uorganiske elementer, der forsøger at finde den perfekte balance for at opnå dets funktionalitet.

2. bioaktive krystaller

Bioaktive krystaller er også ideelle til visse regenerative processer på knogleniveau, da deres nedbrydningshastighed kan kontrolleres, de udskiller visse ioniske materialer med osteogent potentiale, og de har en mere end korrekt affinitetsmøde med knoglevæv. For eksempel har flere undersøgelser vist, at nogle bioaktive krystaller fremmer aktiveringen af osteoblaster, knoglevævsceller, der udskiller intercellulær matrix, der giver knoglen dens styrke og funktionalitet.

• Du kan være interesseret i: "Psykologiens 12 grene (eller felter)"

3. Resorberbare bikortikale skruer

Resorberbare plader og skruer baseret på polymælke- og polyglykolsyrer er dagens orden, da de erstatter i stigende grad de hårde titaniumelementer, der gav så mange problemer ved svejseskader.

For eksempel er polyglykolat et stærkt, ikke-stivt materiale, der ikke flosser og giver god sikkerhed som et abutment under suturering. Disse materialer overgår titanium ved, at de forårsager meget mindre ubehag for patienten, er billigere og ikke kræver kirurgisk fjernelse.

4. biomateriale pletter

Indtil nu har vi nævnt biomaterialer, der bruges til knogleregenerering, men de bruges også i blødt væv. For eksempel er National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering ved at udvikle alginatplastre, baseret på brunalger, som f.eks. terapeutiske tætningsmidler til behandling af lungeinfiltrationer fra traumer, kirurgi eller tilstande såsom lungebetændelse og cystisk fibrose.

Resultaterne af disse teknologier er lovende, da alginatplastre ser ud til at reagere godt på tryk svarende til dem, der udøves af lungerne og hjælper vævsregenerering i disse organer, der er så afgørende for liv.

5. Hydrogel "bandage" til forbrændinger

Mennesker, der lider af alvorlige forbrændinger, oplever virkelig smerte, når deres bandager håndteres, og disse hæmmer desuden epidermal vækst og vævsregenerering. Ved at bruge hydrogeler, der i øjeblikket undersøges, kan denne række problemer forsvinde.

Hydrogelen ville fungere som en ideel film til at forhindre infektion og nedbrydning forårsaget af miljømæssige uheld i såret.. Derudover kunne det opløses med hastigheden af ​​visse kontrollerede procedurer og blotlægge læsionen uden den mekaniske belastning, som dette medfører. Dette ville uden tvivl forbedre hospitalsopholdet for patienter med alvorlige forbrændinger uendeligt.

Resumé

Alt, hvad vi har fortalt dig, er ikke baseret på formodninger og hypoteser: mange af disse materialer er allerede i brug i dag, mens andre i øjeblikket aktivt udvikles.

Som du kan se, er fremtiden for medicin mildest talt lovende. Med opdagelsen og forfining af biomaterialer åbner der sig uendelige muligheder fra reabsorption af skruer og suturer til integration af elementer i vævene, der fremmer aktiveringen af ​​helingsmekanismer egen. Virkeligheden er uden tvivl mærkeligere end fiktion inden for medicin.

Bibliografiske referencer:

• Bhat, S., & Kumar, A. (2013). Biomaterialer og bioteknik morgendagens sundhedsvæsen. Biomatter, 3(3), e24717.
• Biomaterialer, NIH. Afhentet 20. marts i https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Griffith, L. g. (2000). Polymere biomaterialer. Act materialia, 48(1), 263-277.
• Hubbell, J. TIL. (1995). Biomaterialer i vævsteknologi. Bio/technology, 13(6), 565-576.
• Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O., & Planell, J. TIL. (2008). Biomaterialer i ortopædi. Journal of the royal Society interface, 5(27), 1137-1158.
• Park, J., & Lakes, R. S. (2007). Biomaterialer: en introduktion. Springer Science & Business Media.
• Ratner, B. D., & Bryant, S. J. (2004). Biomaterialer: hvor vi har været og hvor vi skal hen. Annu. Rev. Biomed. Eng., 6, 41-75.