Biomaterialien: was sie sind, Arten und Eigenschaften

Menschen (und die meisten Tiere) haben eine gewisse Fähigkeit, Wunden und Verletzungen zu heilen. Normalerweise folgen Öffnungen der Epidermis durch mechanische Prozesse einem medizinisch vorhersagbaren Heilungsmechanismus: Gerinnselbildung, Entzündung, Zellproliferation und Differenzierung der neuen Stämme, um das Gewebe so weit wie möglich umzubauen und in seinen ursprünglichen Zustand zurückzuversetzen. möglich.

In jedem Fall wird nicht nur die Epidermis repariert. Knochenkonsolidierung und Mobilisierung von Myozyten-Satellitenzellen (in Knochen bzw. Muskeln), sind Beispiele für andere physiologische Mechanismen, die versuchen, Mikrorisse und Frakturen in unserem Apparat zu heilen Bewegungsapparat.

Wenn beispielsweise ein Knochen gebrochen ist, werden die Zellkörper (Osteozyten, Osteoblasten, Osteoklasten und Zellen Osteoprogenitoren) sezernieren und remodellieren die Knochenmatrix, um zu erreichen, dass der Knochen im Unterkiefer seine normale Form wiedererlangt mögliche Zeit. Typischerweise kann innerhalb von 6 bis 8 Wochen eine signifikante Verbesserung festgestellt werden.

Leider heilen nicht alle Gewebe gut und einigen fehlt die perfekte Regenerationsfähigkeit, wie dem Herzen oder anderen Organen. Um die Grenzen der menschlichen physiologischen Fähigkeiten herauszufordern und möglicherweise Millionen von Leben zu retten, Biomaterialien kommen in unsere Zeit. Erfahren Sie alles über sie, denn die Zukunft der Medizin ist am wenigsten vielversprechend.

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Was sind Biomaterialien?

Aus medizinischer Sicht handelt es sich um ein Biomaterial jedes natürliche oder synthetische Material, das dazu bestimmt ist, in lebendes Gewebe eingeführt zu werden, insbesondere als Teil eines chirurgischen Elements oder Implantats. Auf physiologischer Ebene haben diese Materialien im Vergleich zu den anderen einzigartige Eigenschaften, da sie dies können Kontakt mit lebendem Gewebe sofort, ohne negative Immunantworten im zu verursachen geduldig.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass Biomaterialien sie erreichen ihre Funktion nicht durch Ausscheidung pharmakologischer Substanzen und sind nicht auf eine Metabolisierung durch den Organismus angewiesen um die gewünschte Wirkung zu erzielen (sonst würden wir von Drogen sprechen). Ihre bloße Funktionalität und Magie liegt darin, am richtigen Ort zu sein (und sich anzupassen), da sie idealerweise dazu dienen, jedes harte oder weiche Gewebe zu ersetzen, das irgendeine Art von Beschädigung erlitten hat. Neben ihrer typischen Anwendung werden sie zunehmend auch als diagnostische Verfahren und andere klinische Ereignisse eingesetzt.

Die erste Generation von Biomaterialien wurde um 1940 konzipiert, mit einem Höhepunkt von Nutzen und Funktion in den 1960er und 1970er Jahren. Als medizinisches Wissen und Materialien verfeinert wurden, wuchsen die Möglichkeiten dieser Elemente haben sich im Laufe der Zeit verbessert und zu Verbindungen des zweiten und dritten geführt Generation. Einige seiner idealen Eigenschaften sind die folgenden:

• Angemessene mechanische Eigenschaften: Ein hochfestes Biomaterial kann nicht in ein lockeres natürliches Gewebe eingebracht werden, da seine korrekte Funktion beeinträchtigt würde.
• Korrosionsbeständigkeit in wässrigem Medium: Der menschliche Körper besteht zu 60 % aus Wasser. Daher ist es wichtig, dass das Biomaterial gegen Wasserstress beständig ist.
• Es sollte keine lokale Toxizität oder karzinogene Ereignisse in dem Gewebe fördern, in das es eingebracht wird.
• Ab der zweiten Generation wurde angestrebt, dass die Materialien auch bioaktiv sind. Diese sollten eine physiologische Reaktion hervorrufen, die die Funktion und Leistungsfähigkeit des Biomaterials unterstützt.
• Eine weitere gesuchte neue Eigenschaft besteht darin, dass einige der Materialien reabsorbierbar sind. Das bedeutet, dass sie im Laufe der Zeit verschwinden oder sich drastisch verändern und vom Körper verstoffwechselt werden können.
• Schließlich wird heute erwartet, dass einige von ihnen spezifische Reaktionen auf zellulärer Ebene stimulieren.

Wie du dir vorstellen kannst, Die idealen Eigenschaften eines Biomaterials hängen ganz von der Funktionalität ab. Beispielsweise möchte ein Chirurg, dass eine Schraube, die zur Fixierung eines Transplantats bei Bandverletzungen angebracht wird, sich im Laufe der Zeit wieder resorbiert, damit der Patient nicht erneut eingreifen muss. Wenn das Biomaterial hingegen eine lebenswichtige Struktur ersetzt, ist die Idee, dass es dauerhaft ist und allen Elementen des Körperökosystems widersteht.

Neben, Einige Biomaterialien sind aus zellulärer Sicht interessant, da sie ihr Wachstum und ihre Differenzierung entwickeln können. Einige bioaktive Kristalle der dritten Generation sollen beispielsweise bestimmte Gene in geschädigten Gewebezellen aktivieren, um eine schnelle Regeneration zu fördern. Es scheint eine Technologie aus einer dystopischen Zukunft zu sein, aber dies ist heute Realität.

Arten von Biomaterialien

Damit all dies nicht bei einer Reihe von ätherischen Konzepten bleibt, präsentieren wir Ihnen den Beweis für die Nützlichkeit von Biomaterialien. Wir können sie nicht alle abdecken (da die Liste sehr lang ist), aber wir sammeln einige der interessantesten. Nicht verpassen.

1. Calciumphosphat-Keramik

Poröse Calciumphosphatkeramiken können verwendet werden, um bestimmte intraossäre Defekte zu reparieren, da sie sie sind nicht toxisch, sie sind biokompatibel mit dem Organismus und sie verändern den Calcium- und Phosphorspiegel im Blut nicht wesentlich. Da Biokeramiken jedoch sehr hart sind und sich nur sehr langsam abbauen, ist es in der Regel notwendig, sie mit biologisch abbaubaren Polymeren zu kombinieren, um bessere Ergebnisse zu erzielen.

Diese Arten von Implantaten werden beispielsweise verwendet, um die Knochenregeneration bei Frakturen zu fördern. Kurioserweise wurde beobachtet, dass die Durchdringung dieser Biomaterialien mit mesenchymalen Stammzellen bei bestimmten Tieren eine schnellere und bessere Geweberegeneration fördern kann. Wie Sie sehen können, ist ein Biomaterial nicht nur ein Mineral oder eine Verbindung, sondern eine Mischung aus organischen und anorganischen Elementen, die versuchen, das perfekte Gleichgewicht zu finden, um ihre Funktionalität zu erreichen.

2. bioaktive Kristalle

Bioaktive Kristalle sind auch ideal für bestimmte regenerative Prozesse auf Knochenebene, da ihre Abbaugeschwindigkeit kann kontrolliert werden, sie scheiden bestimmte ionische Materialien mit osteogenem Potential aus und sie haben eine mehr als korrekte Affinitätsbeziehung zu Knochengewebe. Beispielsweise haben mehrere Studien gezeigt, dass einige bioaktive Kristalle die Aktivierung von fördern Osteoblasten, Knochengewebezellen, die eine interzelluläre Matrix absondern, die dem Knochen seine Stärke verleiht und Funktionalität.

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3. Resorbierbare bikortikale Schrauben

Seitdem sind resorbierbare Platten und Schrauben auf Basis von Polymilch- und Polyglykolsäuren an der Tagesordnung Sie ersetzen zunehmend die harten Titanelemente, die bei Schweißverletzungen so viele Probleme mit sich brachten.

Beispielsweise ist Polyglykolat ein starkes, nicht starres Material, das nicht ausfranst und als Widerlager beim Nähen eine gute Sicherheit bietet. Diese Materialien übertreffen Titan bei weitem, da sie viel weniger Unbehagen beim Patienten verursachen, weniger teuer sind und keine chirurgische Entfernung erfordern.

4. Biomaterial-Pflaster

Bisher haben wir Biomaterialien erwähnt, die zur Knochenregeneration verwendet werden, aber sie werden auch in Weichgeweben verwendet. Beispielsweise entwickelt das National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering Alginatpflaster auf Basis von Braunalgen therapeutische Versiegelungsmittel zur Behandlung von Lungeninfiltrationen nach Traumata, Operationen oder Erkrankungen wie Lungenentzündung und zystischer Fibrose.

Die Ergebnisse dieser Technologien sind vielversprechend, da Alginatpflaster gut darauf anzusprechen scheinen Drücke ähnlich denen, die von der Lunge ausgeübt werden, und helfen bei der Geweberegeneration in diesen so wichtigen Organen Leben.

5. Hydrogel-„Verband“ für Verbrennungen

Menschen, die an schweren Verbrennungen leiden, erleben echte Qualen, wenn sie ihre Bandagen anfassen, und darüber hinaus verzögern diese das epidermale Wachstum und die Geweberegeneration. Durch den Einsatz von Hydrogelen, die derzeit untersucht werden, könnte diese Reihe von Problemen verschwinden.

Das Hydrogel würde als idealer Film wirken, um eine Infektion und Verschlechterung zu verhindern, die durch Umwelteinflüsse in der Wunde verursacht werden.. Darüber hinaus könnte es sich mit der Geschwindigkeit bestimmter kontrollierter Verfahren auflösen und die Läsion ohne die damit verbundene mechanische Belastung freilegen. Ohne Zweifel würde dies den Krankenhausaufenthalt von Patienten mit schweren Verbrennungen unendlich verbessern.

Zusammenfassung

Alles, was wir Ihnen gesagt haben, basiert nicht auf Vermutungen und Hypothesen: Viele dieser Materialien sind bereits heute im Einsatz, andere werden derzeit aktiv weiterentwickelt.

Wie Sie sehen, ist die Zukunft der Medizin gelinde gesagt vielversprechend. Mit der Entdeckung und Verfeinerung von Biomaterialien eröffnen sich unendliche Möglichkeiten, von der Resorption von Schrauben und Nähte bis hin zur Integration von Elementen in das Gewebe, die die Aktivierung von Heilungsmechanismen fördern eigen. Zweifellos ist die Realität im Bereich der Medizin seltsamer als die Fiktion.

Bibliographische Referenzen:

• Bhat, S. & Kumar, A. (2013). Biomaterialien und Bioengineering für die Gesundheitsversorgung von morgen. Biomaterie, 3(3), e24717.
• Biomaterialien, NIH. Gesammelt am 20. März in https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Griffit, L. G. (2000). Polymere Biomaterialien. Act materialia, 48(1), 263-277.
• Hubbel, J. ZU. (1995). Biomaterialien im Tissue Engineering. Bio/Technologie, 13(6), 565-576.
• Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O., & Planell, J. ZU. (2008). Biomaterialien in der Orthopädie. Journal of the Royal Society Interface, 5(27), 1137-1158.
• Park, J. & Lakes, R. S. (2007). Biomaterialien: eine Einführung. Springer Wissenschafts- und Wirtschaftsmedien.
• Ratner, B. D. & Bryant, S. J. (2004). Biomaterialien: wo wir waren und wohin wir gehen. Jährlich Rev. Biomed. Eng., 6, 41-75.