Biomateriały: czym są, rodzaje i właściwości

Istoty ludzkie (i większość zwierząt) mają pewną zdolność leczenia ran i urazów. Zwykle otwieranie się naskórka w wyniku procesów mechanicznych odbywa się zgodnie z medycznie przewidywalnym mechanizmem gojenia: tworzenie się skrzepów, zapalenie, proliferację i różnicowanie komórek nowych szczepów, w celu przebudowy tkanki i przywrócenia jej do pierwotnego stanu w największym możliwym stopniu. możliwy.

W każdym razie naprawiany jest nie tylko naskórek. Konsolidacja kości i mobilizacja komórek satelitarnych miocytów (odpowiednio w kościach i mięśniach), to przykłady innych mechanizmów fizjologicznych, które próbują leczyć mikrourazy i złamania w naszym aparacie lokomotoryczny.

Na przykład, gdy dochodzi do złamania kości, ciała komórek (osteocyty, osteoblasty, osteoklasty i komórki osteoprogenitory) wydzielają i przebudowują macierz kostną, aby kość odzyskała swój normalny kształt u mniejszych możliwy czas. Zazwyczaj w ciągu 6 do 8 tygodni można zauważyć znaczną poprawę.

Niestety, nie wszystkie tkanki goją się dobrze, a niektóre zupełnie nie mają doskonałych zdolności regeneracyjnych, jak serce czy inne narządy. Aby zmierzyć się z ograniczeniami ludzkich możliwości fizjologicznych i potencjalnie uratować miliony istnień ludzkich,

biomateriały docierają do naszych czasów. Dowiedz się o nich wszystkiego, bo przyszłość medycyny jest najmniej obiecująca.

• Powiązany artykuł: „Główne typy komórek ludzkiego ciała”

Czym są biomateriały?

Z medycznego punktu widzenia biomateriał jest każdy naturalny lub syntetyczny materiał przeznaczony do wprowadzenia do żywej tkanki, w szczególności jako część elementu chirurgicznego lub implantu. Na poziomie fizjologicznym materiały te mają unikalne właściwości w porównaniu z resztą, ponieważ mogą natychmiastowego kontaktu z żywą tkanką, nie powodując negatywnej odpowiedzi immunologicznej w organizmie pacjent.

Ponadto należy zauważyć, że biomateriały nie osiągają swojej funkcji poprzez segregację substancji farmakologicznych i nie zależą od metabolizowania przez organizm aby osiągnąć zamierzony efekt (w przeciwnym razie mówilibyśmy o narkotykach). Ich sama funkcjonalność i magia polega na tym, że znajdują się (i dostosowują) we właściwym miejscu, ponieważ idealnie służą do zastąpienia każdej twardej lub miękkiej tkanki, która doznała pewnego rodzaju uszkodzenia. Oprócz typowego zastosowania, coraz częściej wykorzystywane są również jako metody diagnostyczne i inne zdarzenia kliniczne.

Pierwsza generacja biomateriałów powstała około 1940 roku, a szczyt użyteczności i funkcji przypadł na lata 60. i 70. XX wieku. Ponieważ wiedza medyczna i materiały zostały udoskonalone, możliwości z tych pierwiastków poprawiało się z czasem, dając początek związkom drugiego i trzeciego Pokolenie. Oto niektóre z jego idealnych właściwości:

• Odpowiednie właściwości mechaniczne: bardzo sztywny biomateriał nie może być wprowadzany do luźnej naturalnej tkanki, gdyż utrudniałoby to jego prawidłową funkcjonalność.
• Odporność na korozję w środowisku wodnym: ciało ludzkie składa się w 60% z wody. Dlatego istotne jest, aby biomateriał był odporny na stres wodny.
• Nie powinien sprzyjać miejscowej toksyczności ani rakotwórczości w tkance, w której jest umieszczony.
• Od drugiej generacji poszukiwano materiałów, które były również bioaktywne. Powinny one wywołać reakcję fizjologiczną, która wspiera funkcję i działanie biomateriału.
• Inną poszukiwaną nową cechą jest zdolność niektórych materiałów do ponownego wchłonięcia. Oznacza to, że znikają lub zmieniają się drastycznie w czasie i mogą być metabolizowane przez organizm.
• Wreszcie, dziś oczekuje się, że niektóre z nich stymulują określone reakcje na poziomie komórkowym.

Jak możesz sobie wyobrazić, idealne właściwości biomateriału zależą całkowicie od funkcjonalności. Na przykład chirurg chce, aby śruba zastosowana w celu zamocowania przeszczepu w urazach więzadeł z czasem uległa ponownemu wchłonięciu, aby pacjent nie musiał ponownie interweniować. Z drugiej strony, jeśli biomateriał zastępuje istotną strukturę, chodzi o to, aby był trwały i odporny na wszystkie elementy ekosystemu ciała.

Oprócz, niektóre biomateriały są interesujące z komórkowego punktu widzenia, ponieważ mogą rozwijać swój wzrost i różnicowanie. Na przykład niektóre bioaktywne kryształy trzeciej generacji są zaprojektowane tak, aby aktywować określone geny w uszkodzonych komórkach tkanek, aby promować szybką regenerację. Wydaje się, że jest to technologia zaczerpnięta z dystopijnej przyszłości, ale dziś jest to rzeczywistość.

Rodzaje biomateriałów

Aby to wszystko nie pozostało w serii eterycznych koncepcji, przedstawiamy dowód na przydatność biomateriałów. Nie możemy omówić ich wszystkich (ponieważ lista jest bardzo długa), ale zbieramy niektóre z najciekawszych. Nie przegap tego.

1. Ceramika z fosforanu wapnia

Porowata ceramika fosforanowo-wapniowa może być stosowana do naprawy niektórych ubytków wewnątrzkostnych nie są toksyczne, są biozgodne z organizmem i nie zmieniają znacząco poziomu wapnia i fosforu we krwi. W każdym razie, ponieważ bioceramika jest wybitnie twarda i bardzo wolno rozkłada się, zwykle konieczne jest łączenie jej z biodegradowalnymi polimerami, aby osiągnąć lepsze wyniki.

Tego typu implanty są stosowane na przykład do wspomagania regeneracji kości w przypadku złamań. Co ciekawe, zaobserwowano, że nasycenie tych biomateriałów mezenchymalnymi komórkami macierzystymi może sprzyjać szybszej i lepszej regeneracji tkanek u niektórych zwierząt. Jak widać, biomateriał to nie tylko minerał czy związek, ale mieszanina pierwiastków organicznych i nieorganicznych, które starają się znaleźć idealną równowagę, aby osiągnąć swoją funkcjonalność.

2. bioaktywne kryształy

Bioaktywne kryształy są również idealne dla niektórych procesów regeneracyjnych na poziomie kości, ponieważ można kontrolować szybkość ich degradacji, wydzielają pewne materiały jonowe o potencjale osteogennym i mają więcej niż poprawne powinowactwo do tkanki kostnej. Na przykład wiele badań wykazało, że niektóre bioaktywne kryształy sprzyjają aktywacji osteoblasty, komórki tkanki kostnej, które wydzielają macierz międzykomórkową, która nadaje kościom wytrzymałość i funkcjonalność.

• Możesz być zainteresowany: „12 gałęzi (lub dziedzin) psychologii”

3. Resorbowalne śruby bikortykalne

Od tego czasu na porządku dziennym są wchłanialne płytki i śruby na bazie kwasu polimlekowego i poliglikolowego coraz częściej zastępują elementy z twardego tytanu, które sprawiały tyle problemów przy spawaniu urazów.

Na przykład poliglikolan jest mocnym, niesztywnym materiałem, który nie strzępi się i zapewnia dobre zabezpieczenie jako filar podczas zakładania szwów. Materiały te znacznie przewyższają tytan, ponieważ powodują znacznie mniejszy dyskomfort pacjenta, są tańsze i nie wymagają chirurgicznego usuwania.

4. plastry z biomateriału

Do tej pory wspominaliśmy o biomateriałach, które wykorzystywane są do regeneracji kości, ale znajdują zastosowanie również w tkankach miękkich. Na przykład Narodowy Instytut Obrazowania Biomedycznego i Bioinżynierii opracowuje plastry alginianowe na bazie alg brunatnych, jako uszczelniacze terapeutyczne do leczenia nacieków w płucach spowodowanych urazem, zabiegiem chirurgicznym lub stanami, takimi jak zapalenie płuc i mukowiscydoza.

Wyniki tych technologii są obiecujące, ponieważ wydaje się, że plastry alginianowe dobrze na nie reagują ciśnienie podobne do wywieranego przez płuca i wspomagają regenerację tkanek w tych narządach, tak niezbędnych życie.

5. Hydrożelowy „bandaż” na oparzenia

Ludzie, którzy cierpią z powodu ciężkich oparzeń, doświadczają prawdziwej agonii podczas dotykania bandaży, a ponadto opóźniają one wzrost naskórka i regenerację tkanek. Dzięki zastosowaniu hydrożeli, które są obecnie badane, ta seria problemów może zniknąć.

Hydrożel działałby jak idealny film zapobiegający zakażeniom i degradacji spowodowanej przez niekorzystne warunki środowiskowe w ranie.. Ponadto może rozpuszczać się w tempie pewnych kontrolowanych procedur i odsłaniać zmianę bez naprężeń mechanicznych, które to pociąga za sobą. Bez wątpienia poprawiłoby to nieskończenie pobyt pacjentów z ciężkimi oparzeniami w szpitalu.

Streszczenie

Wszystko, co wam powiedzieliśmy, nie jest oparte na domysłach i hipotezach: wiele z tych materiałów jest już w użyciu, podczas gdy inne są obecnie aktywnie rozwijane.

Jak widać przyszłość medycyny jest co najmniej obiecująca. Wraz z odkryciem i udoskonaleniem biomateriałów otwierają się nieskończone możliwości, począwszy od ponownego wchłaniania śruby i szwy do integracji elementów w tkankach, które promują aktywację mechanizmów gojenia własny. Niewątpliwie rzeczywistość jest dziwniejsza niż fikcja w dziedzinie medycyny.

Odniesienia bibliograficzne:

• Bhat, S. i Kumar, A. (2013). Biomateriały i bioinżynieria opieka zdrowotna jutra. Biomateria, 3(3), e24717.
• Biomateriały, NIH. Zebrane 20 marca o godz https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Griffith, l. G. (2000). Biomateriały polimerowe. Act materialia, 48(1), 263-277.
• Hubbell, J. DO. (1995). Biomateriały w inżynierii tkankowej. Bio/technologia, 13(6), 565-576.
• Navarro M., Michiardi A., Castano O. i Planell J. DO. (2008). Biomateriały w ortopedii. Journal of Royal Society Interface, 5 (27), 1137-1158.
• Park, J. i Jeziora, R. S. (2007). Biomateriały: wprowadzenie. Springer Science & Business Media.
• Ratner, B. D. i Bryant, S. J. (2004). Biomateriały: gdzie byliśmy i dokąd zmierzamy. rok Obrót silnika. Biomed. Inż., 6, 41-75.