Biomateriāli: kas tie ir, veidi un īpašības

Cilvēkiem (un lielākajai daļai dzīvnieku) ir zināma spēja dziedēt brūces un ievainojumus. Parasti epidermas atveres mehānisku procesu rezultātā seko medicīniski paredzamam dziedināšanas mehānismam: trombu veidošanās, iekaisuma, šūnu proliferāciju un jauno celmu diferenciāciju, lai pēc iespējas lielākā mērā pārveidotu audus un atgrieztu to sākotnējā stāvoklī. iespējams.

Jebkurā gadījumā tiek labota ne tikai epiderma. Kaulu konsolidācija un miocītu satelītšūnu mobilizācija (attiecīgi kaulos un muskuļos), ir piemēri citiem fizioloģiskiem mehānismiem, kas mēģina dziedēt mūsu aparāta mikroplīsumus un lūzumus lokomotors.

Piemēram, ja ir lūzums kaulā, šūnu ķermeņi (osteocīti, osteoblasti, osteoklasti un šūnas osteoprogenitori) izdala un pārveido kaula matricu, lai panāktu, ka kauls atgūst savu normālo formu nepilngadīgajā iespējamais laiks. Parasti 6 līdz 8 nedēļu laikā var novērot ievērojamus uzlabojumus.

Diemžēl ne visi audi labi dziedē, un dažiem pilnīgi trūkst ideālas reģenerācijas spējas, piemēram, sirdij vai citiem orgāniem. Lai izaicinātu cilvēka fizioloģisko spēju robežas un potenciāli glābtu miljoniem dzīvību,

biomateriāli nonāk mūsu laikos. Uzziniet visu par viņiem, jo ​​medicīnas nākotne ir vismazāk cerība.

• Saistīts raksts: "Cilvēka ķermeņa galvenie šūnu veidi"

Kas ir biomateriāli?

Biomateriāls no medicīniskā viedokļa ir jebkurš dabisks vai sintētisks materiāls, ko paredzēts ievadīt dzīvos audos, jo īpaši kā daļu no ķirurģiskā elementa vai implanta. Fizioloģiskā līmenī šiem materiāliem ir unikālas īpašības salīdzinājumā ar pārējiem, jo ​​tie var nekavējoties saskarē ar dzīviem audiem, neizraisot negatīvas imūnās atbildes pacients.

Turklāt jāatzīmē, ka biomateriāli tie nesasniedz savu funkciju, atdalot farmakoloģiskās vielas un nav atkarīgi no organisma metabolisma lai sasniegtu vēlamo efektu (pretējā gadījumā mēs runātu par narkotikām). To vien funkcionalitāte un burvība ir atrodama (un pielāgošanās) pareizajā vietā, jo tie ideāli kalpo, lai aizstātu visus cietos vai mīkstos audus, kas ir cietuši sava veida bojājumus. Papildus to tipiskajam lietojumam tos arvien vairāk izmanto arī kā diagnostikas metodes un citus klīniskus notikumus.

Pirmās paaudzes biomateriāli tika radīti aptuveni 1940. gadā, bet lietderības un funkcijas maksimums bija 1960. un 1970. gados. Tā kā medicīnas zināšanas un materiāli ir pilnveidoti, iespējas no šiem elementiem laika gaitā ir uzlabojušies, radot otrās un trešās daļas savienojumus paaudze. Dažas no tā ideālajām īpašībām ir šādas:

• Atbilstošas ​​mehāniskās īpašības: ļoti stingru biomateriālu nevar ievadīt irdenos dabīgos audos, jo tiktu traucēta tā pareiza funkcionalitāte.
• Izturība pret koroziju ūdens vidē: cilvēka ķermenis ir 60% ūdens. Tāpēc ir svarīgi, lai biomateriāls būtu izturīgs pret ūdens stresu.
• Tam nevajadzētu veicināt lokālu toksicitāti vai kancerogēnus notikumus audos, kuros tas ievietots.
• No otrās paaudzes tika meklēts, lai materiāli būtu arī bioaktīvi. Tiem vajadzētu izraisīt fizioloģisku reakciju, kas atbalsta biomateriāla darbību un veiktspēju.
• Vēl viens no meklētajiem jaunajiem raksturlielumiem ir tas, ka dažus materiālus varēja atkārtoti absorbēt. Tas nozīmē, ka tie laika gaitā pazūd vai krasi mainās un organismā var tikt metabolizēti.
• Visbeidzot, šodien sagaidāms, ka daži no tiem stimulē specifiskas reakcijas šūnu līmenī.

Kā jūs varat iedomāties, biomateriāla ideālās īpašības ir pilnībā atkarīgas no funkcionalitātes. Piemēram, ķirurgs vēlas, lai saišu traumu gadījumā uzliktu skrūvi transplantāta fiksēšanai, lai tas laika gaitā uzsūktos, lai pacientam nebūtu jāiejaucas vēlreiz. No otras puses, ja biomateriāls aizstāj dzīvībai svarīgu struktūru, ideja ir tāda, ka tas ir pastāvīgs un pretojas visiem ķermeņa ekosistēmas elementiem.

Turklāt, daži biomateriāli ir interesanti no šūnu viedokļa, jo tie var attīstīt savu augšanu un diferenciāciju. Piemēram, daži trešās paaudzes bioaktīvie kristāli ir paredzēti noteiktu gēnu aktivizēšanai bojāto audu šūnās, lai veicinātu ātru atjaunošanos. Šķiet, ka tā ir tehnoloģija, kas ņemta no distopiskas nākotnes, taču tā ir šodienas realitāte.

Biomateriālu veidi

Lai viss iepriekš minētais nepaliktu ēterisku jēdzienu virknē, mēs piedāvājam jums pierādījumus par biomateriālu lietderību. Mēs nevaram tos visus aptvert (jo saraksts ir ļoti garš), taču mēs apkopojam dažus no interesantākajiem. Nepalaid garām.

1. Kalcija fosfāta keramika

Porainu kalcija fosfāta keramiku var izmantot noteiktu iekšējo kaulu defektu labošanai, jo tie tie nav toksiski, tie ir bioloģiski saderīgi ar organismu un būtiski nemaina kalcija un fosfora līmeni asinīs. Jebkurā gadījumā, tā kā biokeramika ir īpaši cieta un noārdās ļoti lēni, parasti ir nepieciešams to apvienot ar bioloģiski noārdāmiem polimēriem, lai sasniegtu labākus rezultātus.

Šāda veida implanti tiek izmantoti, lai veicinātu kaulu atjaunošanos, piemēram, lūzumu gadījumā. Kā ziņkārīgs fakts ir novērots, ka šo biomateriālu piesūcināšana ar mezenhimālajām cilmes šūnām var veicināt ātrāku un labāku audu reģenerāciju dažiem dzīvniekiem. Kā redzat, biomateriāls nav tikai minerāls vai savienojums, bet gan organisko un neorganisko elementu maisījums, kas cenšas atrast perfektu līdzsvaru, lai sasniegtu tā funkcionalitāti.

2. bioaktīvie kristāli

Bioaktīvie kristāli ir ideāli piemēroti arī noteiktiem reģeneratīviem procesiem kaulu līmenī, jo to noārdīšanās ātrumu var kontrolēt, tie izdala noteiktus jonu materiālus ar osteogēnu potenciālu, un tiem ir vairāk nekā pareiza afinitāte, saskaroties ar kaulaudiem. Piemēram, vairāki pētījumi ir parādījuši, ka daži bioaktīvie kristāli veicina aktivizēšanu osteoblasti, kaulaudu šūnas, kas izdala starpšūnu matricu, kas piešķir kaulam stiprību un funkcionalitāte.

• Jūs varētu interesēt: "12 psiholoģijas nozares (vai jomas)"

3. Resorbējamās bikortikālās skrūves

Resorbējamās plāksnes un skrūves, kuru pamatā ir polipienskābe un poliglikolskābe, ir ikdienas kārtība, jo tie arvien vairāk aizstāj cietos titāna elementus, kas radīja tik daudz problēmu metināšanas traumu laikā.

Piemēram, poliglikolāts ir izturīgs, necietīgs materiāls, kas nesadrupās un nodrošina labu drošību kā abatmentu šuvju laikā. Šie materiāli ievērojami pārspēj titānu, jo tie rada daudz mazāk pacientam diskomfortu, ir lētāki un nav nepieciešama ķirurģiska noņemšana.

4. biomateriālu plāksteri

Līdz šim esam minējuši biomateriālus, kas tiek izmantoti kaulu atjaunošanai, taču tos izmanto arī mīkstajos audos. Piemēram, Nacionālais biomedicīnas attēlveidošanas un bioinženierijas institūts izstrādā alginātu plāksterus, kuru pamatā ir brūnās aļģes. terapeitiski hermētiķi, lai ārstētu plaušu infiltrāciju pēc traumas, operācijas vai tādiem stāvokļiem kā pneimonija un cistiskā fibroze.

Šo tehnoloģiju rezultāti ir daudzsološi, jo šķiet, ka algināta plāksteri labi reaģē spiedienu, kas ir līdzīgs plaušu radītajam spiedienam, un palīdz audu reģenerācijai šajos orgānos, kas ir tik svarīgi dzīvi.

5. Hidrogēla “pārsējs” apdegumiem

Cilvēki, kas cieš no smagiem apdegumiem, piedzīvo patiesas mokas, kad tiek apstrādāti viņu pārsēji, turklāt tie kavē epidermas augšanu un audu atjaunošanos. Izmantojot hidrogēlus, kas pašlaik tiek pētīti, šī problēmu sērija varētu izzust.

Hidrogēls darbotos kā ideāla plēve, lai novērstu infekciju un degradāciju, ko izraisa vides nelabvēlīgi apstākļi brūcē.. Turklāt tas var izšķīst noteiktu kontrolētu procedūru laikā un atklāt bojājumu bez ar to saistītās mehāniskās slodzes. Bez šaubām, tas bezgalīgi uzlabotu pacientu ar smagiem apdegumiem uzturēšanos slimnīcā.

Kopsavilkums

Viss, ko mēs jums teicām, nav balstīts uz pieņēmumiem un hipotēzēm: daudzi no šiem materiāliem jau tiek izmantoti šodien, bet citi pašlaik tiek aktīvi izstrādāti.

Kā redzat, medicīnas nākotne, maigi izsakoties, ir daudzsološa. Atklājot un pilnveidojot biomateriālus, paveras bezgalīgas iespējas, sākot ar to reabsorbciju. skrūves un šuves elementu integrācijai audos, kas veicina dziedināšanas mehānismu aktivizēšanos pašu. Neapšaubāmi, realitāte medicīnas jomā ir dīvaināka par fikciju.

Bibliogrāfiskās atsauces:

• Bhat, S. un Kumar, A. (2013). Biomateriāli un bioinženierijas rītdienas veselības aprūpe. Biomatter, 3(3), e24717.
• Biomateriāli, NIH. Savākts 20. martā in https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Grifits, L. g. (2000). Polimēru biomateriāli. Act materialia, 48(1), 263-277.
• Habels, Dž. UZ. (1995). Biomateriāli audu inženierijā. Bio/technology, 13(6), 565-576.
• Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O. un Planell, J. UZ. (2008). Biomateriāli ortopēdijā. Journal of the Royal Society interfeiss, 5(27), 1137-1158.
• Park, J. un Lakes, R. S. (2007). Biomateriāli: ievads. Springer zinātnes un biznesa mediji.
• Ratners, B. D. un Braients, S. Dž. (2004). Biomateriāli: kur mēs esam bijuši un kur mēs ejam. Annu. Rev. Biomed. Eng., 6, 41-75.