Biomateriali: cosa sono, tipologie e caratteristiche

Gli esseri umani (e la maggior parte degli animali) hanno una certa capacità di guarire ferite e ferite. Normalmente, le aperture dell'epidermide mediante processi meccanici seguono un meccanismo di guarigione prevedibile dal punto di vista medico: formazione di coaguli, infiammazione, proliferazione cellulare e differenziazione dei nuovi ceppi, al fine di rimodellare il tessuto e riportarlo quanto più possibile allo stato originario. possibile.

In ogni caso, non solo l'epidermide viene riparata. Consolidamento osseo e mobilizzazione delle cellule satelliti dei miociti (nell'osso e nel muscolo, rispettivamente), sono esempi di altri meccanismi fisiologici che cercano di guarire microlesioni e fratture nel nostro apparato locomotore.

Ad esempio, quando c'è una frattura in un osso, i corpi cellulari (osteociti, osteoblasti, osteoclasti e cellule osteoprogenitori) secernono e rimodellano la matrice ossea, al fine di ottenere che l'osso riprenda la sua forma normale nel minore tempo possibile. In genere, entro 6-8 settimane si può notare un miglioramento significativo.

Sfortunatamente, non tutti i tessuti guariscono bene e alcuni mancano totalmente di una perfetta capacità rigenerativa, come il cuore o altri organi. Per sfidare i limiti delle capacità fisiologiche umane e potenzialmente salvare milioni di vite, i biomateriali arrivano ai nostri tempi. Scopri tutto su di loro, perché il futuro della medicina è il meno promettente.

• Articolo correlato: "Principali tipi di cellule del corpo umano"

Cosa sono i biomateriali?

Un biomateriale, da un punto di vista medico, lo è qualsiasi materiale naturale o sintetico destinato ad essere introdotto nel tessuto vivente, in particolare come parte di un elemento chirurgico o impianto. A livello fisiologico, questi materiali hanno proprietà uniche rispetto al resto, dal momento che possono immediatamente il contatto con il tessuto vivente senza causare risposte immunitarie negative nel paziente.

Inoltre, va notato che i biomateriali non realizzano la loro funzione attraverso la segregazione di sostanze farmacologiche e non dipendono dalla metabolizzazione da parte dell'organismo per ottenere l'effetto desiderato (altrimenti si parlerebbe di droga). La loro mera funzionalità e magia si trova nell'essere (e nell'adattarsi) nel posto giusto, poiché idealmente servono a soppiantare qualsiasi tessuto duro o molle che abbia subito qualche tipo di danno. Oltre al loro uso tipico, sono anche sempre più utilizzati come metodi diagnostici e altri eventi clinici.

La prima generazione di biomateriali è stata concepita intorno al 1940, con un picco di utilità e funzionalità negli anni '60 e '70. Man mano che le conoscenze e i materiali medici sono stati perfezionati, le capacità di questi elementi sono andati migliorando nel tempo, dando origine a composti del secondo e del terzo generazione. Alcune delle sue proprietà ideali sono le seguenti:

• Proprietà meccaniche appropriate: un biomateriale molto rigido non può essere introdotto in un tessuto naturale lasso, in quanto ne verrebbe pregiudicata la corretta funzionalità.
• Resistenza alla corrosione in un mezzo acquoso: il corpo umano è composto per il 60% da acqua. Pertanto, è essenziale che il biomateriale sia resistente allo stress idrico.
• Non dovrebbe promuovere tossicità locale o eventi cancerogeni nel tessuto in cui è collocato.
• Dalla seconda generazione, si è cercato che i materiali fossero anche bioattivi. Questi dovrebbero indurre una risposta fisiologica che supporta la funzione e le prestazioni del biomateriale.
• Un'altra delle nuove caratteristiche ricercate è che alcuni dei materiali erano in grado di essere riassorbiti. Ciò significa che scompaiono o cambiano drasticamente nel tempo e possono essere metabolizzati dall'organismo.
• Infine, oggi si prevede che alcuni di essi stimolino risposte specifiche a livello cellulare.

Come puoi immaginare, le proprietà ideali di un biomateriale dipendono interamente dalla funzionalità. Ad esempio, un chirurgo desidera che una vite applicata per fissare un innesto nelle lesioni del legamento si riassorbisca nel tempo, quindi il paziente non deve intervenire nuovamente. Se invece il biomateriale sostituisce una struttura vitale, l'idea è che sia permanente e resista a tutti gli elementi dell'ecosistema corporeo.

Oltretutto, alcuni biomateriali sono interessanti dal punto di vista cellulare, in quanto possono sviluppare la loro crescita e differenziazione. Ad esempio, alcuni cristalli bioattivi di terza generazione sono progettati per attivare determinati geni nelle cellule dei tessuti danneggiati, al fine di promuovere una rapida rigenerazione. Sembra una tecnologia presa da un futuro distopico, ma questa è una realtà oggi.

Tipi di biomateriali

Affinché tutto quanto sopra non rimanga in una serie di concetti eterei, vi presentiamo la prova dell'utilità dei biomateriali. Non possiamo coprirli tutti (perché l'elenco è molto lungo), ma raccogliamo alcuni dei più interessanti. Non perderlo.

1. Ceramica al fosfato di calcio

Le ceramiche porose al fosfato di calcio possono essere utilizzate per riparare alcuni difetti infraossei, come loro non sono tossici, sono biocompatibili con l'organismo e non alterano significativamente i livelli di calcio e fosforo nel sangue. In ogni caso, poiché le bioceramiche sono eminentemente dure e si degradano molto lentamente, di solito è necessario combinarle con polimeri biodegradabili per ottenere risultati migliori.

Questi tipi di impianti vengono utilizzati, ad esempio, per promuovere il recupero osseo nelle fratture. Come fatto curioso, è stato osservato che impregnare questi biomateriali con cellule staminali mesenchimali può promuovere una rigenerazione dei tessuti più rapida e migliore in alcuni animali. Come puoi vedere, un biomateriale non è solo un minerale o un composto, ma una miscela di elementi organici e inorganici che cercano di trovare il perfetto equilibrio per raggiungere la sua funzionalità.

2. cristalli bioattivi

I cristalli bioattivi sono ideali anche per alcuni processi rigenerativi a livello osseo, poiché il loro tasso di degradazione può essere controllato, secernono alcuni materiali ionici con potenziale osteogenico e hanno un'affinità più che corretta per l'incontro con il tessuto osseo. Ad esempio, numerosi studi hanno dimostrato che alcuni cristalli bioattivi promuovono l'attivazione di osteoblasti, cellule del tessuto osseo che secernono la matrice intercellulare che conferisce all'osso la sua forza e funzionalità.

• Potresti essere interessato a: "I 12 rami (o campi) della psicologia"

3. Viti bicorticali riassorbibili

Placche e viti riassorbibili a base di acido polilattico e poliglicolico sono all'ordine del giorno, da allora sostituiscono sempre più gli elementi in titanio duro che hanno portato tanti problemi durante le lesioni da saldatura.

Ad esempio, il poliglicollato è un materiale resistente e non rigido che non si sfilaccia e offre una buona sicurezza come moncone durante la sutura. Questi materiali superano di gran lunga il titanio in quanto causano molto meno disagio al paziente, sono meno costosi e non richiedono la rimozione chirurgica.

4. cerotti biomateriali

Finora abbiamo citato i biomateriali che vengono utilizzati per la rigenerazione ossea, ma sono utilizzati anche nei tessuti molli. Ad esempio, il National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering sta sviluppando patch di alginato, a base di alghe brune, come sigillanti terapeutici per il trattamento di infiltrazioni polmonari dovute a traumi, interventi chirurgici o condizioni come polmonite e fibrosi cistica.

I risultati di queste tecnologie sono promettenti, poiché i cerotti di alginato sembrano rispondere bene pressioni simili a quelle esercitate dai polmoni e aiutano la rigenerazione dei tessuti in questi organi così essenziali per vita.

5. Idrogel "benda" per ustioni

Le persone che soffrono di gravi ustioni sperimentano una vera agonia quando le loro bende vengono maneggiate e, inoltre, queste ritardano la crescita epidermica e la rigenerazione dei tessuti. Utilizzando gli idrogeli attualmente in fase di studio, questa serie di problemi potrebbe scomparire.

L'idrogel fungerebbe da pellicola ideale per prevenire l'infezione e il degrado causato dalle intemperie ambientali nella ferita.. Inoltre, potrebbe dissolversi al ritmo di determinate procedure controllate ed esporre la lesione senza lo stress meccanico che ciò comporta. Senza dubbio, ciò migliorerebbe infinitamente la degenza ospedaliera dei pazienti con gravi ustioni.

Riepilogo

Tutto ciò che vi abbiamo detto non si basa su congetture e ipotesi: molti di questi materiali sono già in uso oggi, mentre altri sono attualmente in fase di sviluppo attivo.

Come puoi vedere, il futuro della medicina è, a dir poco, promettente. Con la scoperta e il perfezionamento dei biomateriali si aprono infinite possibilità, dal riassorbimento di viti e suture all'integrazione di elementi nei tessuti che promuovono l'attivazione dei meccanismi di guarigione Proprio. Indubbiamente, la realtà è più strana della finzione nel campo della medicina.

Riferimenti bibliografici:

• Bhat, S. e Kumar, A. (2013). Biomateriali e bioingegneria per la sanità di domani. Biomateria, 3(3), e24717.
• Biomateriali, NIH. Raccolto il 20 marzo a https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Griffit, L. G. (2000). Biomateriali polimerici. Atto materialia, 48(1), 263-277.
• Hubbell, J. A. (1995). I biomateriali nell'ingegneria tissutale. Bio/tecnologia, 13(6), 565-576.
• Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O., & Planell, J. A. (2008). Biomateriali in ortopedia. Journal of the Royal Society Interface, 5(27), 1137-1158.
• Parco, J., & Laghi, R. S. (2007). Biomateriali: un'introduzione. Springer Scienza e media aziendali.
• Ratner, B. D., & Bryant, S. J. (2004). Biomateriali: dove siamo stati e dove stiamo andando. Anno. rev. Biomed. Ing., 6, 41-75.