Biomaterjalid: mis need on, tüübid ja omadused

Inimestel (ja enamikul loomadel) on teatud võime haavu ja vigastusi ravida. Tavaliselt järgivad epidermise avad mehaaniliste protsesside tõttu meditsiiniliselt prognoositavat paranemismehhanismi: trombide teke, põletik, rakkude proliferatsiooni ja uute tüvede diferentseerumist, et kude ümber kujundada ja taastada võimalikult suurel määral algsesse olekusse. võimalik.

Igal juhul ei parandata ainult epidermist. Luu konsolideerimine ja müotsüütide satelliitrakkude mobiliseerimine (vastavalt luus ja lihases), on näited muudest füsioloogilistest mehhanismidest, mis püüavad tervendada meie aparaadi mikropisaraid ja luumurde liikumis-.

Näiteks luumurru korral rakukehad (osteotsüüdid, osteoblastid, osteoklastid ja rakud osteoprogenitorid) sekreteerivad ja kujundavad ümber luumaatriksit, et saavutada luu taastamine alaealisena oma normaalse kuju võimalik aeg. Tavaliselt on 6–8 nädala jooksul märgata olulist paranemist.

Kahjuks ei parane kõik kuded hästi ja mõnel puudub täielik taastumisvõime, näiteks südamel või muudel organitel. Et seada väljakutse inimese füsioloogiliste võimete piiridele ja potentsiaalselt päästa miljoneid elusid,

biomaterjalid jõuavad meie aegadesse. Õppige nende kohta kõike, sest meditsiini tulevik on kõige vähem paljutõotav.

• Seotud artikkel: "Inimkeha peamised rakutüübid"

Mis on biomaterjalid?

Biomaterjal meditsiinilisest vaatenurgast on mis tahes looduslik või sünteetiline materjal, mis on ette nähtud eluskoesse sisestamiseks, eriti kirurgilise elemendi või implantaadi osana. Füsioloogilisel tasandil on neil materjalidel teistega võrreldes unikaalsed omadused, kuna nad saavad seda teha viivitamatult kontakti eluskoega, põhjustamata organismis negatiivseid immuunvastuseid patsient.

Lisaks tuleb märkida, et biomaterjalid nad ei täida oma funktsiooni farmakoloogiliste ainete eraldamise kaudu ega sõltu organismi metabolismist soovitud efekti saavutamiseks (muidu räägiksime ravimitest). Nende pelgalt funktsionaalsus ja võlu peituvad õiges kohas olemises (ja kohanemises), kuna ideaaljuhul asendavad need kõvasid või pehmeid kudesid, mis on saanud teatud tüüpi kahjustusi. Lisaks tavapärasele kasutamisele kasutatakse neid üha enam ka diagnostikameetoditena ja muude kliiniliste sündmustena.

Biomaterjalide esimene põlvkond loodi umbes 1940. aastal, kasulikkuse ja funktsiooni kõrgaeg oli 1960. ja 1970. aastatel. Kuna meditsiinialased teadmised ja materjalid on viimistletud, võimed Nende elementide osa on aja jooksul paranenud, tekitades teise ja kolmanda ühendeid põlvkond. Mõned selle ideaalsed omadused on järgmised:

• Sobivad mehaanilised omadused: väga jäika biomaterjali ei saa sisestada lahtisesse looduslikku koesse, kuna selle õige funktsioneerimine oleks takistatud.
• Vastupidavus korrosioonile vesikeskkonnas: inimkeha koosneb 60% ulatuses veest. Seetõttu on oluline, et biomaterjal oleks veestressile vastupidav.
• See ei tohiks soodustada kohalikku toksilisust ega kantserogeenseid sündmusi koes, millesse see asetatakse.
• Alates teisest põlvkonnast otsiti, et materjalid oleksid ka bioaktiivsed. Need peaksid esile kutsuma füsioloogilise reaktsiooni, mis toetab biomaterjali funktsiooni ja jõudlust.
• Veel üks uutest otsitavatest omadustest on see, et mõnda materjali oli võimalik uuesti absorbeerida. See tähendab, et need kaovad või muutuvad aja jooksul drastiliselt ja organismis saab neid metaboliseerida.
• Lõpuks eeldatakse täna, et mõned neist stimuleerivad spetsiifilisi reaktsioone rakutasandil.

Nagu võite ette kujutada, biomaterjali ideaalsed omadused sõltuvad täielikult funktsionaalsusest. Näiteks soovib kirurg, et sidemete vigastuste korral siiriku kinnitamiseks paigaldatav kruvi aja jooksul uuesti imenduks, nii et patsient ei peaks uuesti sekkuma. Teisest küljest, kui biomaterjal asendab elutähtsat struktuuri, on idee selles, et see on püsiv ja peab vastu kõigile keha ökosüsteemi elementidele.

Pealegi, mõned biomaterjalid on rakulisest vaatenurgast huvitavad, kuna võivad arendada oma kasvu ja diferentseerumist. Näiteks mõned kolmanda põlvkonna bioaktiivsed kristallid on loodud aktiveerima teatud geene kahjustatud koerakkudes, et soodustada kiiret taastumist. Tundub, et see on düstoopilisest tulevikust võetud tehnoloogia, kuid see on täna reaalsus.

Biomaterjalide tüübid

Et kõik eelnev ei jääks eeterlike kontseptsioonide hulka, esitame teile tõendi biomaterjalide kasulikkuse kohta. Me ei saa neid kõiki hõlmata (kuna nimekiri on väga pikk), kuid kogume kokku mõned huvitavamad. Ära igatse seda.

1. Kaltsiumfosfaatkeraamika

Poorset kaltsiumfosfaatkeraamikat saab kasutada teatud luusiseste defektide parandamiseks, kuna need need ei ole mürgised, on organismiga bioühilduvad ega muuda oluliselt kaltsiumi ja fosfori taset veres. Igal juhul, kuna biokeraamika on silmapaistvalt kõva ja laguneb väga aeglaselt, on paremate tulemuste saavutamiseks tavaliselt vaja neid kombineerida biolagunevate polümeeridega.

Seda tüüpi implantaate kasutatakse näiteks luude taastumise soodustamiseks luumurdude korral. Huvitava faktina on täheldatud, et nende biomaterjalide immutamine mesenhümaalsete tüvirakkudega võib teatud loomadel soodustada kudede kiiremat ja paremat taastumist. Nagu näete, ei ole biomaterjal lihtsalt mineraal või ühend, vaid segu orgaanilistest ja anorgaanilistest elementidest, mis püüavad leida ideaalset tasakaalu oma funktsionaalsuse saavutamiseks.

2. bioaktiivsed kristallid

Bioaktiivsed kristallid sobivad ideaalselt ka teatud regeneratiivseteks protsessideks luu tasandil, kuna nende lagunemiskiirust saab kontrollida, nad eritavad teatud osteogeense potentsiaaliga ioonseid materjale ja neil on enam kui õige afiinsus luukoega.. Näiteks on mitmed uuringud näidanud, et mõned bioaktiivsed kristallid soodustavad nende aktiveerimist osteoblastid, luukoe rakud, mis sekreteerivad rakkudevahelist maatriksit, mis annavad luule tugevuse ja funktsionaalsus.

• Teid võivad huvitada: "Psühholoogia 12 haru (või valdkonda)"

3. Resorbeeruvad bikortikaalsed kruvid

Resorbeeruvad plaadid ja kruvid, mis põhinevad polüpiim- ja polüglükoolhapetel, on igapäevased, kuna need asendavad üha enam kõvasid titaanelemente, mis tekitasid nii palju probleeme keevitusvigastuste korral.

Näiteks polüglükolaat on tugev, mittejäik materjal, mis ei narmenda ja pakub õmbluse ajal head kindlust tugina. Need materjalid ületavad tunduvalt titaani selle poolest, et tekitavad patsiendile palju vähem ebamugavusi, on odavamad ega vaja kirurgilist eemaldamist.

4. biomaterjalist plaastrid

Seni oleme maininud biomaterjale, mida kasutatakse luude taastamiseks, kuid neid kasutatakse ka pehmetes kudedes. Näiteks töötab Riiklik Biomeditsiinilise Kujutise ja Biotehnoloogia Instituut pruunvetikatel põhinevaid alginaatplaastreid, nagu terapeutilised hermeetikud traumast, operatsioonist või sellistest seisunditest nagu kopsupõletik ja tsüstiline fibroos põhjustatud kopsuinfiltratsioonide raviks.

Nende tehnoloogiate tulemused on paljulubavad, kuna alginaatplaastrid näivad hästi reageerivat rõhk, mis sarnaneb kopsudele avaldatavale survele ja aitab kudede taastumist neis elundites, mis on nende jaoks nii olulised elu.

5. Hüdrogeeli "side" põletushaavade jaoks

Raskete põletuste all kannatavad inimesed kogevad sidemete käsitsemisel tõelist piina ning lisaks aeglustavad need epidermise kasvu ja kudede taastumist. Praegu uuritavate hüdrogeelide kasutamisel võib see probleemide jada kaduda.

Hüdrogeel toimiks ideaalse kilena, et vältida infektsiooni ja haava keskkonnamõjudest põhjustatud lagunemist.. Lisaks võib see lahustuda teatud kontrollitud protseduuride kiirusel ja paljastada kahjustuse ilma sellega kaasneva mehaanilise pingeta. Kahtlemata parandaks see raskete põletushaavadega patsientide haiglas viibimist lõputult.

Kokkuvõte

Kõik, mida me teile rääkisime, ei põhine oletustel ja hüpoteesidel: paljud neist materjalidest on juba praegu kasutusel, samas kui teisi arendatakse praegu aktiivselt.

Nagu näete, on meditsiini tulevik pehmelt öeldes paljulubav. Biomaterjalide avastamise ja täiustamisega avanevad lõpmatud võimalused, mis tulenevad nende reabsorptsioonist. kruvid ja õmblused elementide integreerimiseks kudedesse, mis soodustavad paranemismehhanismide aktiveerimist oma. Kahtlemata on tegelikkus meditsiini vallas kummalisem kui väljamõeldis.

Bibliograafilised viited:

• Bhat, S. ja Kumar, A. (2013). Biomaterjalid ja biotehnoloogia homne tervishoid. Biomatter, 3(3), e24717.
• Biomaterjalid, NIH. Kogutud 20. märtsil aastal https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Griffith, L. g. (2000). Polümeersed biomaterjalid. Act materialia, 48(1), 263-277.
• Hubbell, J. TO. (1995). Biomaterjalid koetehnoloogias. Bio/technology, 13(6), 565-576.
• Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O. ja Planell, J. TO. (2008). Biomaterjalid ortopeedias. Journal of the Royal Society interface, 5(27), 1137-1158.
• Park, J. ja Lakes, R. S. (2007). Biomaterjalid: sissejuhatus. Springeri teadus- ja ärimeedia.
• Ratner, B. D. ja Bryant, S. J. (2004). Biomaterjalid: kus oleme olnud ja kuhu läheme. Annu. Rev. Biomed. Ing., 6, 41-75.