חומרים ביולוגיים: מה הם, סוגים ומאפיינים

לבני אדם (ולרוב בעלי החיים) יש יכולת מסוימת לרפא פצעים ופציעות. בדרך כלל, פתחים של האפידרמיס על ידי תהליכים מכניים עוקבים אחר מנגנון ריפוי שניתן לחיזוי רפואי: היווצרות קריש, דלקת, שגשוג תאים והתמיינות של הזנים החדשים, על מנת לעצב מחדש את הרקמה ולהחזירה למצבה המקורי במידה המרבית. אפשרי.

בכל מקרה, לא רק האפידרמיס מתוקן. איחוד עצם וניוד של תאי לוויין מיוציטים (בעצם ובשריר, בהתאמה), הן דוגמאות למנגנונים פיזיולוגיים אחרים שמנסים לרפא מיקרו-קרעים ושברים במנגנון שלנו שֶׁל תְנוּעָה.

לדוגמה, כאשר יש שבר בעצם, גופי התא (אוסטאוציטים, אוסטאובלסטים, אוסטאוקלסטים ותאים אוסטאופרוגניטורים) מפרישים ומעצבים מחדש את מטריצת העצם, על מנת להשיג שהעצם תשחזר את צורתה הרגילה בקטינה זמן אפשרי. בדרך כלל, בתוך 6 עד 8 שבועות, ניתן לראות שיפור משמעותי.

למרבה הצער, לא כל הרקמות נרפאות היטב וחלקן חסרות לחלוטין יכולת התחדשות מושלמת, כמו הלב או איברים אחרים. לאתגר את גבולות היכולות הפיזיולוגיות האנושיות ולהציל מיליוני חיים, חומרים ביולוגיים מגיעים לתקופתנו. למד הכל עליהם, כי עתיד הרפואה הוא הפחות מבטיח.

• מאמר קשור: "סוגי תאים עיקריים של גוף האדם"

מהם חומרים ביולוגיים?

חומר ביולוגי, מנקודת מבט רפואית, הוא כל חומר טבעי או סינתטי שנועד להחדיר לרקמה חיה, במיוחד כחלק מאלמנט ניתוחי או שתל. ברמה הפיזיולוגית, לחומרים אלו תכונות ייחודיות בהשוואה לשאר, שכן הם יכולים מגע עם רקמה חיה באופן מיידי מבלי לגרום לתגובות חיסוניות שליליות ב סבלני.

בנוסף, יש לציין כי חומרים ביולוגיים הם אינם משיגים את תפקידם באמצעות הפרדה של חומרים תרופתיים ואינם תלויים במטבוליזציה על ידי האורגניזם כדי להשיג את האפקט הרצוי (אחרת, היינו מדברים על תרופות). עצם הפונקציונליות והקסם שלהם נמצאים בהיותם (ובהסתגלותם) במקום הנכון, מכיוון שהם משמשים באופן אידיאלי להחלפת כל רקמה קשה או רכה שסבלה מסוג כלשהו של נזק. בנוסף לשימוש האופייני שלהם, הם משמשים יותר ויותר גם כשיטות אבחון ואירועים קליניים אחרים.

הדור הראשון של חומרים ביולוגיים נוצר בערך ב-1940, עם שיא התועלת והתפקוד בשנות ה-60 וה-70. ככל שהידע והחומרים הרפואיים שוכללו, היכולות של אלמנטים אלה השתפרו עם הזמן, והולידו תרכובות של השני והשלישי דוֹר. כמה מהמאפיינים האידיאליים שלו הם הבאים:

• תכונות מכניות מתאימות: לא ניתן להחדיר חומר ביולוגי קשיח ביותר לתוך רקמה טבעית רופפת, מכיוון שהפונקציונליות הנכונה שלו תיפגע.
• עמידות בפני קורוזיה בתווך מימי: גוף האדם הוא 60% מים. לכן, זה חיוני שהחומר הביולוגי עמיד בפני מתח מים.
• זה לא אמור לקדם רעילות מקומית או אירועים מסרטנים ברקמה שבה הוא ממוקם.
• מהדור השני חיפשו שהחומרים יהיו גם ביו-אקטיביים. אלה אמורים לגרום לתגובה פיזיולוגית התומכת בתפקוד ובביצועים של החומר הביולוגי.
• עוד מהמאפיינים החדשים שביקשו הוא שחלק מהחומרים היו מסוגלים להיספג מחדש. משמעות הדבר היא שהם נעלמים או משתנים באופן דרסטי עם הזמן ויכולים לעבור חילוף חומרים בגוף.
• לבסוף, כיום צפוי שחלקם מעוררים תגובות ספציפיות ברמה התאית.

כמו שאתה יכול לדמיין, התכונות האידיאליות של חומר ביולוגי תלויות לחלוטין בפונקציונליות. לדוגמא, מנתח רוצה שבורג מיושם לקיבוע שתל בפציעות רצועות שייספג מחדש לאורך זמן, כך שהמטופל לא יצטרך להתערב שוב. מצד שני, אם החומר הביולוגי מחליף מבנה חיוני, הרעיון הוא שהוא קבוע ומתנגד לכל מרכיבי המערכת האקולוגית של הגוף.

חוץ מזה, חלק מהחומרים הביולוגיים מעניינים מנקודת מבט תאית, מכיוון שהם יכולים לפתח את הצמיחה וההתמיינות שלהם. לדוגמה, כמה גבישים ביו-אקטיביים מהדור השלישי נועדו להפעיל גנים מסוימים בתאי רקמה פגומים, על מנת לקדם התחדשות מהירה. זה נראה כמו טכנולוגיה שנלקחה מעתיד דיסטופי, אבל זו המציאות היום.

סוגי חומרים ביולוגיים

כדי שכל האמור לעיל לא יישאר בסדרה של מושגים אתריים, אנו מציגים בפניכם הוכחה לשימושיותם של חומרים ביולוגיים. אנחנו לא יכולים לכסות את כולם (כיוון שהרשימה ארוכה מאוד), אבל אנחנו כן אוספים כמה מהמעניינים ביותר. אל תפספס את זה.

1. קרמיקה של סידן פוספט

קרמיקת סידן פוספט נקבוביות יכולה לשמש לתיקון פגמים תוך גרמיים מסוימים, כפי שהם הם אינם רעילים, הם תואמים ביולוגית לאורגניזם ואינם משנים באופן משמעותי את רמות הסידן והזרחן בדם. בכל מקרה, מכיוון שהביוקרמיקה קשה במיוחד ומתכלה לאט מאוד, בדרך כלל יש צורך לשלב אותה עם פולימרים מתכלים כדי להשיג תוצאות טובות יותר.

סוגים אלה של שתלים משמשים לקידום התאוששות עצם בשברים, למשל. כעובדה מוזרה, נצפה שהחדרת חומרים ביולוגיים אלה בתאי גזע מזנכימליים יכולה לקדם התחדשות רקמה מהירה וטובה יותר בבעלי חיים מסוימים. כפי שניתן לראות, חומר ביולוגי הוא לא רק מינרל או תרכובת, אלא תערובת של יסודות אורגניים ואי-אורגניים המנסים למצוא את האיזון המושלם כדי להשיג את הפונקציונליות שלו.

2. גבישים ביו-אקטיביים

גבישים ביו-אקטיביים הם גם אידיאליים לתהליכי התחדשות מסוימים ברמת העצם, שכן ניתן לשלוט בקצב הפירוק שלהם, הם מפרישים חומרים יוניים מסוימים בעלי פוטנציאל אוסטאוגני ויש להם זיקה יותר ממדוייקת עם רקמת העצם. לדוגמה, מחקרים רבים הראו שחלק מהגבישים הביו-אקטיביים מקדמים את ההפעלה של אוסטאובלסטים, תאי רקמת עצם המפרישים מטריצה ​​בין-תאית המעניקים לעצם את חוזקה ו פונקציונליות.

• אולי יעניין אותך: "12 הענפים (או התחומים) של הפסיכולוגיה"

3. ברגים ביקורטיקליים נספגים

לוחות וברגים נספגים המבוססים על חומצות פולילקטיות ופוליגליקוליות הם צו היום, שכן הם מחליפים יותר ויותר את יסודות הטיטניום הקשים שהביאו כל כך הרבה בעיות בעת פציעות ריתוך.

לדוגמה, פוליגליקולאט הוא חומר חזק ולא קשיח שאינו מתפרק ומציע אבטחה טובה כנקודת עזר במהלך התפירה. חומרים אלו עולים בהרבה על טיטניום בכך שהם גורמים להרבה פחות אי נוחות למטופל, הם פחות יקרים ואינם דורשים הסרה כירורגית.

4. מדבקות ביולוגיות

עד כה הזכרנו חומרים ביולוגיים המשמשים להתחדשות העצם, אך הם משמשים גם ברקמות רכות. לדוגמה, המכון הלאומי להדמיה ביו-רפואית וביו-הנדסה מפתח כתמי אלגינט, המבוססים על אצות חומות, כמו חומרי איטום טיפוליים לטיפול בהסתננות לריאות כתוצאה מטראומה, ניתוח או מצבים כגון דלקת ריאות וסיסטיק פיברוזיס.

התוצאות של טכנולוגיות אלה מבטיחות, שכן נראה כי מדבקות אלגינט מגיבות היטב לחצים דומים לאלה המופעלים על ידי הריאות ומסייעים להתחדשות רקמות באיברים אלו החיוניים כל כך חַיִים.

5. "תחבושת" הידרוג'ל לכוויות

אנשים הסובלים מכוויות קשות חווים ייסורים אמיתיים כאשר מטפלים בתחבושות שלהם, ויתרה מכך, אלה מעכבים את הצמיחה של האפידרמיס והתחדשות הרקמות. על ידי שימוש בהידרוג'לים שנחקרים כעת, סדרת הבעיות הזו עלולה להיעלם.

ההידרוג'ל יפעל כסרט אידיאלי למניעת זיהום והשפלה הנגרמים כתוצאה מבעיות סביבתיות בפצע.. בנוסף, הוא יכול להתמוסס בקצב של הליכים מבוקרים מסוימים ולחשוף את הנגע ללא הלחץ המכני הכרוך בכך. ללא ספק, זה ישפר לאין ערוך את האשפוז של חולים עם כוויות קשות.

סיכום

כל מה שסיפרנו לכם אינו מבוסס על השערות והשערות: רבים מהחומרים הללו כבר נמצאים בשימוש היום, בעוד שאחרים נמצאים כעת בפיתוח פעיל.

כפי שניתן לראות, עתיד הרפואה, בלשון המעטה, מבטיח. עם הגילוי והחידוד של חומרים ביולוגיים, נפתחות אינסוף אפשרויות, החל מהספיגה מחדש של ברגים ותפרים לשילוב אלמנטים ברקמות המקדמים הפעלת מנגנוני ריפוי שֶׁלוֹ. אין ספק שהמציאות מוזרה יותר מהסיפורת בתחום הרפואה.

הפניות ביבליוגרפיות:

• Bhat, S., & Kumar, A. (2013). ביו-חומרים וביו-הנדסה, שירותי הבריאות של המחר. Biomatter, 3(3), e24717.
• ביו-חומרים, NIH. נאסף ב-20 במרץ ב https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• גריפית, ל. ז. (2000). חומרים ביו פולימריים. Act materialia, 48(1), 263-277.
• האבל, ג'יי. ל. (1995). חומרים ביו בהנדסת רקמות. ביו/טכנולוגיה, יג(6), 565-576.
• Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O., & Planell, J. ל. (2008). ביו-חומרים באורטופדיה. כתב העת של ממשק החברה המלכותית, 5(27), 1137-1158.
• Park, J., & Lakes, R. ס. (2007). חומרים ביו: מבוא. Springer Science & Business Media.
• רטנר, ב. ד., ובראיינט, ס. י. (2004). חומרים ביו: איפה היינו ולאן אנחנו הולכים. אננו. לְהַאִיץ. ביומד. אינג', 6, 41-75.