Biomateriály: čo sú, typy a vlastnosti

Ľudia (a väčšina zvierat) majú určitú schopnosť liečiť rany a zranenia. Normálne otvorenie epidermy mechanickými procesmi sleduje medicínsky predvídateľný mechanizmus hojenia: tvorba zrazenín, zápal, bunkovú proliferáciu a diferenciáciu nových kmeňov, s cieľom remodelovať tkanivo a vrátiť ho do pôvodného stavu v čo najväčšej miere. možné.

V každom prípade sa opraví nielen epidermis. Konsolidácia kostí a mobilizácia satelitných buniek myocytov (v kostiach, resp. svaloch), sú príklady iných fyziologických mechanizmov, ktoré sa snažia liečiť mikrotrhliny a zlomeniny v našom aparáte lokomočný.

Napríklad, keď dôjde k zlomenine v kosti, telá buniek (osteocyty, osteoblasty, osteoklasty a bunky osteoprogenitory) vylučujú a remodelujú kostnú matricu, aby sa dosiahlo, že kosť obnoví svoj normálny tvar v malom možný čas. Typicky v priebehu 6 až 8 týždňov možno pozorovať výrazné zlepšenie.

Bohužiaľ, nie všetky tkanivá sa dobre hoja a niektorým úplne chýba dokonalá regeneračná schopnosť, ako napríklad srdce či iné orgány. Napadnúť hranice ľudských fyziologických schopností a potenciálne zachrániť milióny životov,

biomateriály prichádzajú do našej doby. Naučte sa o nich všetko, pretože budúcnosť medicíny je najmenej perspektívna.

• Súvisiaci článok: "Hlavné typy buniek ľudského tela"

Čo sú biomateriály?

Biomateriál z medicínskeho hľadiska je akýkoľvek prírodný alebo syntetický materiál určený na zavedenie do živého tkaniva, najmä ako súčasť chirurgického prvku alebo implantátu. Na fyziologickej úrovni majú tieto materiály jedinečné vlastnosti v porovnaní s ostatnými, pretože môžu okamžitý kontakt so živým tkanivom bez spôsobenia negatívnych imunitných reakcií pacient.

Okrem toho je potrebné poznamenať, že biomateriály svoju funkciu nedosahujú segregáciou farmakologických látok a nezávisia od metabolizmu organizmom na dosiahnutie požadovaného účinku (inak by sme hovorili o liekoch). Ich samotná funkčnosť a mágia spočíva v tom, že sú (a prispôsobujú sa) na správnom mieste, pretože ideálne slúžia na nahradenie akéhokoľvek tvrdého alebo mäkkého tkaniva, ktoré utrpelo nejaký druh poškodenia. Okrem typického použitia sa stále viac využívajú aj ako diagnostické metódy a iné klinické udalosti.

Prvá generácia biomateriálov bola koncipovaná približne v roku 1940, s vrcholom užitočnosti a funkcie v 60. a 70. rokoch 20. storočia. Ako sa lekárske znalosti a materiály zdokonaľovali, schopnosti z týchto prvkov sa časom zlepšovali, čím vznikli zlúčeniny druhého a tretieho generácie. Niektoré z jeho ideálnych vlastností sú nasledovné:

• Vhodné mechanické vlastnosti: vysoko tuhý biomateriál nemožno zaviesť do uvoľneného prírodného tkaniva, pretože by bola narušená jeho správna funkčnosť.
• Odolnosť voči korózii vo vodnom prostredí: ľudské telo je zo 60% zložené z vody. Preto je nevyhnutné, aby bol biomateriál odolný voči vodnému stresu.
• Nemal by podporovať lokálnu toxicitu alebo karcinogénne javy v tkanive, do ktorého je umiestnený.
• Od druhej generácie sa hľadalo, aby materiály boli aj bioaktívne. Tie by mali vyvolať fyziologickú reakciu, ktorá podporuje funkciu a výkonnosť biomateriálu.
• Ďalšou hľadanou novou charakteristikou je, že niektoré materiály boli schopné reabsorpcie. To znamená, že časom miznú alebo sa drasticky menia a telo ich dokáže metabolizovať.
• Nakoniec sa dnes očakáva, že niektoré z nich stimulujú špecifické reakcie na bunkovej úrovni.

Ako si viete predstaviť, ideálne vlastnosti biomateriálu úplne závisia od funkčnosti. Napríklad chirurg chce, aby sa skrutka aplikovaná na fixáciu štepu pri poraneniach väzov časom reabsorbovala, takže pacient nemusí znova zasahovať. Na druhej strane, ak biomateriál nahrádza životne dôležitú štruktúru, myšlienka je taká, že je trvalá a odoláva všetkým prvkom telesného ekosystému.

okrem toho niektoré biomateriály sú zaujímavé z bunkového hľadiska, pretože môžu rozvíjať svoj rast a diferenciáciu. Napríklad niektoré bioaktívne kryštály tretej generácie sú navrhnuté tak, aby aktivovali určité gény v poškodených tkanivových bunkách s cieľom podporiť rýchlu regeneráciu. Vyzerá to ako technológia prevzatá z dystopickej budúcnosti, no dnes je to realita.

Druhy biomateriálov

Aby všetko spomenuté nezostalo v rade éterických konceptov, predkladáme vám dôkaz o užitočnosti biomateriálov. Nemôžeme ich pokryť všetky (pretože zoznam je veľmi dlhý), ale zhromažďujeme niektoré z najzaujímavejších. Nezmeškaj to.

1. Keramika s fosforečnanom vápenatým

Porézna keramika s fosforečnanom vápenatým sa môže použiť na opravu určitých vnútrokostných defektov nie sú toxické, sú biokompatibilné s organizmom a výrazne nemenia hladinu vápnika a fosforu v krvi. V každom prípade, keďže biokeramika je mimoriadne tvrdá a degraduje veľmi pomaly, je zvyčajne potrebné kombinovať ju s biodegradovateľnými polymérmi, aby sa dosiahli lepšie výsledky.

Tieto typy implantátov sa používajú napríklad na podporu obnovy kostí pri zlomeninách. Zaujímavým faktom je, že bolo pozorované, že naplnenie týchto biomateriálov mezenchymálnymi kmeňovými bunkami môže podporiť rýchlejšiu a lepšiu regeneráciu tkanív u niektorých zvierat. Ako vidíte, biomateriál nie je len minerál alebo zlúčenina, ale zmes organických a anorganických prvkov, ktoré sa snažia nájsť dokonalú rovnováhu na dosiahnutie jeho funkčnosti.

2. bioaktívne kryštály

Bioaktívne kryštály sú tiež ideálne pre určité regeneračné procesy na úrovni kostí, od r rýchlosť ich degradácie sa dá kontrolovať, vylučujú určité iónové materiály s osteogénnym potenciálom a majú viac než správne afinitné stretnutie s kostným tkanivom. Napríklad viaceré štúdie ukázali, že niektoré bioaktívne kryštály podporujú aktiváciu osteoblasty, bunky kostného tkaniva, ktoré vylučujú medzibunkovú matricu, ktorá dáva kosti jej pevnosť a funkčnosť.

• Mohlo by vás zaujímať: "12 odvetví (alebo oblastí) psychológie"

3. Resorbovateľné bikortikálne skrutky

Resorbovateľné doštičky a skrutky na báze kyseliny polymliečnej a polyglykolovej sú na dennom poriadku od r stále viac nahrádzajú tvrdé titánové prvky, ktoré priniesli toľko problémov pri zraneniach pri zváraní.

Napríklad polyglykolát je pevný, nepevný materiál, ktorý sa nestrapí a ponúka dobrú bezpečnosť ako opora počas šitia. Tieto materiály ďaleko prevyšujú titán v tom, že pacientovi spôsobujú oveľa menej nepohodlia, sú lacnejšie a nevyžadujú chirurgické odstránenie.

4. biomateriálové náplasti

Doteraz sme spomínali biomateriály, ktoré sa používajú na regeneráciu kostí, ale využívajú sa aj v mäkkých tkanivách. Napríklad Národný inštitút biomedicínskeho zobrazovania a bioinžinierstva vyvíja alginátové náplasti na báze hnedých rias, ako terapeutické tmely na liečbu pľúcnych infiltrácií po traume, chirurgických zákrokoch alebo stavoch, ako je zápal pľúc a cystická fibróza.

Výsledky týchto technológií sú sľubné, pretože sa zdá, že alginátové náplasti dobre reagujú tlaky podobné tým, ktoré vyvíjajú pľúca a napomáhajú regenerácii tkanív v týchto orgánoch, ktoré sú tak nevyhnutné pre života.

5. Hydrogélový „obväz“ na popáleniny

Ľudia, ktorí trpia ťažkými popáleninami, zažívajú skutočnú agóniu pri manipulácii s obväzmi a navyše spomaľujú rast epidermis a regeneráciu tkaniva. Použitím hydrogélov, ktoré sa v súčasnosti skúmajú, by táto séria problémov mohla zmiznúť.

Hydrogél by pôsobil ako ideálny film na prevenciu infekcie a degradácie spôsobenej nepriaznivými vplyvmi prostredia v rane.. Okrem toho by sa mohol rozpustiť rýchlosťou určitých kontrolovaných postupov a odhaliť léziu bez mechanického namáhania, ktoré to so sebou prináša. Bezpochyby by to nekonečne zlepšilo pobyt pacientov s ťažkými popáleninami v nemocnici.

Zhrnutie

Všetko, čo sme vám povedali, nie je založené na dohadoch a hypotézach: mnohé z týchto materiálov sa už dnes používajú, zatiaľ čo iné sa v súčasnosti aktívne vyvíjajú.

Ako vidíte, budúcnosť medicíny je prinajmenšom sľubná. S objavom a zdokonaľovaním biomateriálov sa otvárajú nekonečné možnosti, od reabsorpcie skrutky a stehy na integráciu prvkov v tkanivách, ktoré podporujú aktiváciu hojivých mechanizmov vlastné. Realita je v oblasti medicíny nepochybne cudzejšia ako fikcia.

Bibliografické odkazy:

• Bhat, S., & Kumar, A. (2013). Biomateriály a bioinžinierstvo zajtrajšia zdravotná starostlivosť. Biomatter, 3(3), e24717.
• Biomateriály, NIH. Zhromaždené 20. marca v https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Griffith, L. g. (2000). Polymérne biomateriály. Act materialia, 48(1), 263-277.
• Hubbell, J. TO. (1995). Biomateriály v tkanivovom inžinierstve. Bio/technology, 13(6), 565-576.
• Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O., & Planell, J. TO. (2008). Biomateriály v ortopédii. Journal of the royal society interface, 5(27), 1137-1158.
• Park, J., & Lakes, R. S. (2007). Biomateriály: úvod. Springer Science & Business Media.
• Ratner, B. D. a Bryant, S. J. (2004). Biomateriály: kde sme boli a kam smerujeme. Annu. Rev. Biomed. Eng., 6, 41-75.