Biomateriaalit: mitä ne ovat, tyypit ja ominaisuudet

Ihmisillä (ja useimmilla eläimillä) on jonkin verran kykyä parantaa haavoja ja vammoja. Normaalisti orvaskeden mekaanisten prosessien aiheuttamat aukot noudattavat lääketieteellisesti ennustettavaa paranemismekanismia: hyytymien muodostumista, tulehdusta, solujen lisääntymistä ja uusien kantojen erilaistumista, jotta kudos saadaan muotoiltua uudelleen ja palauttaa se alkuperäiseen tilaansa mahdollisimman suuressa määrin. mahdollista.

Joka tapauksessa ei vain orvaskettä korjata. Luun lujittaminen ja myosyyttisatelliittisolujen mobilisaatio (luussa ja lihaksessa, vastaavasti), ovat esimerkkejä muista fysiologisista mekanismeista, jotka yrittävät parantaa laitteemme mikrokyyneleitä ja murtumia liike-elämän.

Esimerkiksi kun luussa on murtuma, solukappaleet (osteosyytit, osteoblastit, osteoklastit ja solut) osteoprogenitorit) erittävät ja muotoilevat luumatriisia, jotta luu palautuisi normaalimuotoiseksi alaikäisessä mahdollista aikaa. Tyypillisesti 6-8 viikon kuluessa voidaan havaita merkittävä parannus.

Valitettavasti kaikki kudokset eivät parane hyvin, ja joistakin, kuten sydämestä tai muista elimistä, puuttuu täydellinen regeneraatiokyky. Haastaa ihmisen fysiologisten kykyjen rajat ja mahdollisesti pelastaa miljoonia ihmishenkiä, biomateriaalit tulevat meidän aikoihin. Opi heistä kaikki, sillä lääketieteen tulevaisuus on vähiten lupaava.

• Aiheeseen liittyvä artikkeli: "Ihmiskehon tärkeimmät solutyypit"

Mitä ovat biomateriaalit?

Biomateriaali lääketieteellisestä näkökulmasta on mikä tahansa luonnollinen tai synteettinen materiaali, joka on tarkoitettu syötettäväksi elävään kudokseen, erityisesti osana kirurgista elementtiä tai implanttia. Fysiologisella tasolla näillä materiaaleilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia muihin verrattuna, koska ne voivat koskettaa välittömästi elävään kudokseen aiheuttamatta negatiivista immuunivastetta kärsivällinen.

Lisäksi on huomattava, että biomateriaalit ne eivät saavuta tehtäväänsä farmakologisten aineiden erottelulla eivätkä ole riippuvaisia ​​organismin metaboliosta halutun vaikutuksen saavuttamiseksi (muuten puhuisimme huumeista). Niiden pelkkä toiminnallisuus ja taika löytyy oikeasta paikasta olemisesta (ja sopeutumisesta), koska ne sopivat ihanteellisesti syrjäyttämään minkä tahansa vaurioituneen kova- tai pehmytkudoksen. Tyypillisen käytön lisäksi niitä käytetään yhä enemmän myös diagnostisina menetelminä ja muina kliinisinä tapahtumina.

Ensimmäinen biomateriaalien sukupolvi syntyi noin vuonna 1940, ja käyttökelpoisuuden ja toiminnan huippu oli 1960- ja 1970-luvuilla. Kun lääketieteellistä tietoa ja materiaaleja on jalostettu, valmiudet näistä alkuaineista on parantunut ajan myötä, mikä on synnyttänyt toisen ja kolmannen yhdisteitä sukupolvi. Jotkut sen ihanteellisista ominaisuuksista ovat seuraavat:

• Sopivat mekaaniset ominaisuudet: erittäin jäykkää biomateriaalia ei voida viedä löysään luonnonkudokseen, koska sen oikea toiminta estyisi.
• Korroosionkestävyys vesipitoisessa väliaineessa: ihmiskeho on 60 % vettä. Siksi on tärkeää, että biomateriaali kestää vesistressiä.
• Se ei saa edistää paikallista myrkyllisyyttä tai karsinogeenisia tapahtumia kudoksessa, johon se asetetaan.
• Toisesta sukupolvesta lähtien haettiin materiaalien olevan myös bioaktiivisia. Näiden pitäisi saada aikaan fysiologinen vaste, joka tukee biomateriaalin toimintaa ja suorituskykyä.
• Toinen haetuista uusista ominaisuuksista on se, että jotkin materiaalit pystyivät imeytymään uudelleen. Tämä tarkoittaa, että ne katoavat tai muuttuvat dramaattisesti ajan myötä ja elimistö voi metaboloida ne.
• Lopuksi, nykyään odotetaan, että jotkut niistä stimuloivat spesifisiä vasteita solutasolla.

Kuten voit kuvitella, biomateriaalin ihanteelliset ominaisuudet riippuvat täysin toiminnallisuudesta. Esimerkiksi kirurgi haluaa, että nivelsiteiden vammoihin kiinnitettävä ruuvi imeytyy uudelleen ajan myötä, jotta potilaan ei tarvitse puuttua asiaan uudelleen. Toisaalta, jos biomateriaali korvaa elintärkeän rakenteen, ajatuksena on, että se on pysyvä ja vastustaa kaikkia kehon ekosysteemin elementtejä.

Sitä paitsi, Jotkut biomateriaalit ovat mielenkiintoisia solujen näkökulmasta, koska ne voivat kehittää kasvuaan ja erilaistumistaan. Esimerkiksi jotkin kolmannen sukupolven bioaktiiviset kiteet on suunniteltu aktivoimaan tiettyjä geenejä vaurioituneissa kudossoluissa nopean regeneraation edistämiseksi. Se näyttää tekniikalta, joka on otettu dystopisesta tulevaisuudesta, mutta tämä on todellisuutta tänään.

Biomateriaalien tyypit

Jotta kaikki yllä oleva ei jää eetterikäsitteiden sarjaksi, esitämme sinulle todisteen biomateriaalien hyödyllisyydestä. Emme voi kattaa niitä kaikkia (koska luettelo on hyvin pitkä), mutta keräämme joitakin mielenkiintoisimpia. Älä jää paitsi.

1. Kalsiumfosfaattikeramiikka

Huokoista kalsiumfosfaattikeraamia voidaan käyttää korjaamaan tiettyjä luun sisäisiä vikoja, kuten ne ne eivät ole myrkyllisiä, ne ovat biologisesti yhteensopivia elimistön kanssa eivätkä muuta merkittävästi veren kalsium- ja fosforitasoja. Joka tapauksessa, koska biokeraamit ovat erittäin kovia ja hajoavat hyvin hitaasti, on yleensä tarpeen yhdistää ne biohajoaviin polymeereihin parempien tulosten saavuttamiseksi.

Tämän tyyppisiä implantteja käytetään edistämään luun palautumista esimerkiksi murtumissa. Omituisena tosiasiana on havaittu, että näiden biomateriaalien upottaminen mesenkymaalisilla kantasoluilla voi edistää nopeampaa ja parempaa kudosten uusiutumista tietyissä eläimissä. Kuten näette, biomateriaali ei ole vain mineraali tai yhdiste, vaan sekoitus orgaanisia ja epäorgaanisia alkuaineita, jotka yrittävät löytää täydellisen tasapainon sen toimivuuden saavuttamiseksi.

2. bioaktiiviset kiteet

Bioaktiiviset kiteet ovat myös ihanteellisia tiettyihin regeneratiivisiin prosesseihin luutasolla, koska niiden hajoamisnopeutta voidaan hallita, ne erittävät tiettyjä ionisia aineita, joilla on osteogeenista potentiaalia ja niillä on enemmän kuin oikea affiniteetti kohtaa luukudoksen. Esimerkiksi useat tutkimukset ovat osoittaneet, että jotkut bioaktiiviset kiteet edistävät aktivaatiota osteoblastit, luukudossolut, jotka erittävät solujen välistä matriksia, jotka antavat luulle sen vahvuuden ja toiminnallisuutta.

• Saatat olla kiinnostunut: "Psykologian 12 haaraa (tai alaa)"

3. Resorboituvat bikortikaaliset ruuvit

Polymaito- ja polyglykolihappoihin perustuvat resorboituvat levyt ja ruuvit ovat arkipäivää, koska ne korvaavat yhä useammin kovat titaanielementit, jotka toivat niin monia ongelmia hitsausvammojen yhteydessä.

Esimerkiksi polyglykolaatti on vahva, ei-jäykkä materiaali, joka ei rispaa ja tarjoaa hyvän suojan tukina ompelun aikana. Nämä materiaalit ovat huomattavasti tehokkaampia kuin titaani, koska ne aiheuttavat paljon vähemmän potilaalle epämukavuutta, ovat halvempia eivätkä vaadi kirurgista poistoa.

4. biomateriaali laastarit

Tähän asti olemme maininneet biomateriaaleja, joita käytetään luun uudistamiseen, mutta niitä käytetään myös pehmytkudoksissa. Esimerkiksi National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering kehittää ruskealevään perustuvia alginaattilaastareita, kuten terapeuttiset tiivisteet trauman, leikkauksen tai sairauksien, kuten keuhkokuumeen ja kystisen fibroosin aiheuttamien keuhkojen infiltraatioiden hoitoon.

Näiden tekniikoiden tulokset ovat lupaavia, sillä alginaattilaastarit näyttävät reagoivan hyvin samankaltaiset paineet kuin keuhkoihin ja auttavat kudosten uudistumista näissä elimissä, jotka ovat niin välttämättömiä elämää.

5. Hydrogeeli "side" palovammoihin

Vakavista palovammoista kärsivät ihmiset kokevat todellista tuskaa, kun heidän sidoksiaan käsitellään, ja lisäksi ne hidastavat orvaskeden kasvua ja kudosten uusiutumista. Käytettäessä parhaillaan tutkittavia hydrogeelejä tämä ongelmasarja saattaa kadota.

Hydrogeeli toimisi ihanteellisena kalvona estämään infektioita ja haavan ympäristövaikutusten aiheuttamaa hajoamista.. Lisäksi se voi liueta tiettyjen kontrolloitujen toimenpiteiden nopeudella ja paljastaa vaurion ilman tästä aiheutuvaa mekaanista rasitusta. Epäilemättä tämä parantaisi äärettömästi vakavista palovammoista kärsivien potilaiden sairaalahoitoa.

Yhteenveto

Kaikki, mitä olemme sinulle kertoneet, ei perustu oletuksiin ja hypoteeseihin: monet näistä materiaaleista ovat jo käytössä, kun taas toisia kehitetään parhaillaan aktiivisesti.

Kuten näette, lääketieteen tulevaisuus on vähintäänkin lupaava. Biomateriaalien löytämisen ja jalostamisen myötä aukeaa äärettömät mahdollisuudet niiden uudelleenabsorptiosta ruuveja ja ompeleita kudoksissa olevien elementtien integroimiseksi, jotka edistävät paranemismekanismien aktivoitumista oma. Epäilemättä todellisuus on lääketieteen alalla oudompaa kuin fiktio.

Bibliografiset viittaukset:

• Bhat, S. ja Kumar, A. (2013). Biomateriaalit ja biotekniikka huomisen terveydenhuolto. Biomatter, 3(3), e24717.
• Biomaterials, NIH. Kerätty 20. maaliskuuta https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Griffith, L. g. (2000). Polymeeriset biomateriaalit. Act materialia, 48(1), 263-277.
• Hubbell, J. TO. (1995). Biomateriaalit kudostekniikassa. Bio/technology, 13(6), 565-576.
• Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O., & Planell, J. TO. (2008). Biomateriaalit ortopediassa. Journal of the Royal Society interface, 5(27), 1137-1158.
• Park, J., & Lakes, R. S. (2007). Biomateriaalit: johdanto. Springer Science & Business Media.
• Ratner, B. D. ja Bryant, S. J. (2004). Biomateriaalit: missä olemme olleet ja minne olemme menossa. Annu. Rev. Biomed. Eng., 6, 41-75.