วัสดุชีวภาพ: คืออะไร ประเภทและลักษณะเฉพาะ
มนุษย์ (และสัตว์ส่วนใหญ่) มีความสามารถบางอย่างในการรักษาบาดแผลและอาการบาดเจ็บ โดยปกติแล้ว การเปิดของผิวหนังชั้นนอกโดยกระบวนการทางกลจะเป็นไปตามกลไกการรักษาที่คาดการณ์ได้ทางการแพทย์: การก่อตัวของก้อน การอักเสบ การเพิ่มจำนวนเซลล์และความแตกต่างของสายพันธุ์ใหม่ เพื่อสร้างเนื้อเยื่อใหม่และกลับสู่สภาพเดิมให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เป็นไปได้.
ไม่ว่าในกรณีใด ๆ ไม่เพียงแต่ซ่อมแซมผิวหนังชั้นนอกเท่านั้น การรวมกระดูกและการระดมเซลล์ดาวเทียม myocyte (ในกระดูกและกล้ามเนื้อตามลำดับ) เป็นตัวอย่างของกลไกทางสรีรวิทยาอื่นๆ ที่พยายามรักษาน้ำตาขนาดเล็กและรอยร้าวในอุปกรณ์ของเรา ขมิ้นอ้อย.
ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการแตกหักของกระดูก ร่างกายของเซลล์ (osteocytes, osteoblasts, osteoclasts และเซลล์ osteoprogenitors) หลั่งและสร้างเมทริกซ์กระดูกใหม่เพื่อให้กระดูกคืนรูปร่างตามปกติในรายย่อย เวลาที่เป็นไปได้ โดยปกติภายใน 6 ถึง 8 สัปดาห์ จะเห็นการปรับปรุงที่สำคัญ
น่าเสียดาย ไม่ใช่ว่าเนื้อเยื่อทั้งหมดจะฟื้นตัวได้ดี และบางส่วนยังขาดความสามารถในการสร้างใหม่ที่สมบูรณ์แบบ เช่น หัวใจหรืออวัยวะอื่นๆ เพื่อท้าทายขีดจำกัดของความสามารถทางสรีรวิทยาของมนุษย์และอาจช่วยชีวิตคนนับล้านได้
วัสดุชีวภาพมาถึงยุคของเรา. เรียนรู้ทุกอย่างเกี่ยวกับพวกเขา เพราะอนาคตของการแพทย์เป็นสิ่งที่มีแนวโน้มน้อยที่สุด- บทความที่เกี่ยวข้อง: "ประเภทเซลล์หลักของร่างกายมนุษย์"
วัสดุชีวภาพคืออะไร?
วัสดุชีวภาพจากมุมมองทางการแพทย์คือ วัสดุธรรมชาติหรือวัสดุสังเคราะห์ใด ๆ ที่ตั้งใจนำเข้าสู่เนื้อเยื่อที่มีชีวิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบการผ่าตัดหรือการปลูกถ่าย. ในระดับสรีรวิทยา วัสดุเหล่านี้มีคุณสมบัติพิเศษเมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ เนื่องจากสามารถทำได้ สัมผัสกับเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตทันทีโดยไม่ก่อให้เกิดการตอบสนองของภูมิคุ้มกันในทางลบ อดทน.
นอกจากนี้ควรสังเกตว่าวัสดุชีวภาพ พวกเขาไม่บรรลุหน้าที่ของพวกเขาผ่านการแยกสารทางเภสัชวิทยาและไม่ขึ้นอยู่กับการเผาผลาญโดยร่างกาย เพื่อให้บรรลุผลตามที่ต้องการ (มิฉะนั้น เราจะพูดถึงยาเสพติด) การทำงานและความมหัศจรรย์ของพวกมันพบได้จากการอยู่ (และปรับตัว) ในสถานที่ที่เหมาะสม เนื่องจากพวกมันทำหน้าที่แทนที่เนื้อเยื่อแข็งหรืออ่อนที่ได้รับความเสียหายบางประเภท นอกเหนือจากการใช้งานทั่วไปแล้ว ยังถูกใช้เป็นวิธีการวินิจฉัยและเหตุการณ์ทางคลินิกอื่น ๆ เพิ่มมากขึ้นอีกด้วย
วัสดุชีวภาพรุ่นแรกถือกำเนิดขึ้นในราวปี พ.ศ. 2483 โดยมีประโยชน์และการใช้งานสูงสุดในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 เนื่องจากความรู้ทางการแพทย์และวัสดุได้รับการขัดเกลาความสามารถ ขององค์ประกอบเหล่านี้ได้รับการปรับปรุงเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้เกิดสารประกอบขององค์ประกอบที่สองและสาม รุ่น. คุณสมบัติในอุดมคติบางประการมีดังต่อไปนี้:
- คุณสมบัติเชิงกลที่เหมาะสม: ไม่สามารถนำวัสดุชีวภาพที่มีความแข็งสูงเข้าไปในเนื้อเยื่อตามธรรมชาติที่หลวมได้ เนื่องจากอาจขัดขวางการทำงานที่ถูกต้อง
- ความต้านทานต่อการกัดกร่อนในตัวกลางที่เป็นน้ำ: ร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยน้ำ 60% ดังนั้นการที่วัสดุชีวภาพมีความทนทานต่อความเครียดจากน้ำจึงเป็นสิ่งจำเป็น
- ไม่ควรส่งเสริมความเป็นพิษเฉพาะที่หรือเหตุการณ์ก่อมะเร็งในเนื้อเยื่อที่วางไว้
- จากรุ่นที่สอง ได้มีการค้นหาว่าวัสดุเหล่านี้มีฤทธิ์ทางชีวภาพด้วย สิ่งเหล่านี้ควรกระตุ้นการตอบสนองทางสรีรวิทยาที่สนับสนุนการทำงานและประสิทธิภาพของวัสดุชีวภาพ
- คุณลักษณะใหม่อีกประการหนึ่งที่ต้องการคือวัสดุบางชนิดมีความสามารถในการดูดซึมกลับได้ ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะหายไปหรือเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อเวลาผ่านไป และร่างกายสามารถเผาผลาญได้
- ในที่สุดวันนี้คาดว่าบางส่วนกระตุ้นการตอบสนองเฉพาะในระดับเซลล์
อย่างที่คุณจินตนาการได้ คุณสมบัติในอุดมคติของวัสดุชีวภาพนั้นขึ้นอยู่กับฟังก์ชันการทำงานทั้งหมด. ตัวอย่างเช่น ศัลยแพทย์ต้องการใช้สกรูเพื่อแก้ไขการปลูกถ่ายในอาการบาดเจ็บที่เอ็นเพื่อให้มีการดูดซึมกลับเมื่อเวลาผ่านไป ดังนั้นผู้ป่วยจึงไม่ต้องเข้าไปแทรกแซงอีก ในทางกลับกัน หากวัสดุชีวภาพเข้ามาแทนที่โครงสร้างที่สำคัญ แนวคิดก็คือว่ามันคงอยู่ถาวรและต่อต้านองค์ประกอบทั้งหมดของระบบนิเวศของร่างกาย
นอกจาก, วัสดุชีวภาพบางชนิดมีความน่าสนใจจากมุมมองของเซลล์ เนื่องจากสามารถพัฒนาการเจริญเติบโตและความแตกต่างได้. ตัวอย่างเช่น คริสตัลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพในยุคที่สามบางรุ่นได้รับการออกแบบให้กระตุ้นยีนบางตัวในเซลล์เนื้อเยื่อที่เสียหาย เพื่อส่งเสริมการงอกใหม่อย่างรวดเร็ว ดูเหมือนเป็นเทคโนโลยีที่นำมาจากอนาคต dystopian แต่นี่คือความจริงในปัจจุบัน
ประเภทของวัสดุชีวภาพ
เพื่อที่ว่าทั้งหมดข้างต้นจะไม่อยู่ในชุดของแนวคิดที่ไม่มีตัวตน เราจึงนำเสนอข้อพิสูจน์เกี่ยวกับประโยชน์ของวัสดุชีวภาพแก่คุณ เราไม่สามารถครอบคลุมได้ทั้งหมด (เนื่องจากรายการยาวมาก) แต่เรารวบรวมรายการที่น่าสนใจที่สุดบางส่วน อย่าพลาด.
1. เซรามิกแคลเซียมฟอสเฟต
สามารถใช้เซรามิกแคลเซียมฟอสเฟตที่มีรูพรุนเพื่อซ่อมแซมข้อบกพร่องภายในร่างกายได้ ไม่เป็นพิษ มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพกับสิ่งมีชีวิต และไม่เปลี่ยนแปลงระดับแคลเซียมและฟอสฟอรัสในเลือดอย่างมีนัยสำคัญ. ไม่ว่าในกรณีใด เนื่องจากไบโอเซรามิกส์มีความแข็งอย่างมากและย่อยสลายได้ช้ามาก จึงจำเป็นต้องรวมพวกมันเข้ากับโพลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น
การปลูกถ่ายประเภทนี้ใช้เพื่อส่งเสริมการฟื้นตัวของกระดูกในกรณีที่กระดูกหัก เป็นต้น จากข้อเท็จจริงที่น่าสงสัย มีการสังเกตพบว่าการเติมวัสดุชีวภาพเหล่านี้ด้วยสเต็มเซลล์ชนิด mesenchymal สามารถส่งเสริมการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ได้เร็วขึ้นและดีขึ้นในสัตว์บางชนิด อย่างที่คุณเห็น วัสดุชีวภาพไม่ได้เป็นเพียงแร่ธาตุหรือสารประกอบ แต่เป็นส่วนผสมขององค์ประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์ที่พยายามหาสมดุลที่สมบูรณ์แบบเพื่อให้บรรลุหน้าที่การใช้งาน
2. ผลึกที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ
คริสตัลที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพยังเหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการสร้างใหม่ในระดับกระดูกอีกด้วย อัตราการสลายตัวของพวกมันสามารถควบคุมได้ พวกมันหลั่งสารไอออนิกบางอย่างที่มีศักยภาพในการสร้างกระดูก และพวกมันมีความสัมพันธ์กับเนื้อเยื่อกระดูกมากกว่าที่ถูกต้อง. ตัวอย่างเช่น การศึกษาหลายชิ้นแสดงให้เห็นว่าผลึกที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพบางชนิดส่งเสริมการกระตุ้นของ เซลล์สร้างกระดูก, เซลล์เนื้อเยื่อกระดูกที่หลั่งเมทริกซ์ระหว่างเซลล์ที่ให้ความแข็งแรงของกระดูกและ ฟังก์ชันการทำงาน
- คุณอาจสนใจ: "สาขา (หรือสาขา) ของจิตวิทยา 12 สาขา"
3. สกรู bicortical ที่ละลายน้ำได้
เพลตและสกรูที่ดูดซับได้ซึ่งมีกรดโพลีแลคติกและกรดโพลีไกลโคลิกเป็นลำดับของวัน เนื่องจาก พวกเขาแทนที่องค์ประกอบฮาร์ดไททาเนียมมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งนำมาซึ่งปัญหามากมายเมื่อได้รับบาดเจ็บจากการเชื่อม.
ตัวอย่างเช่น โพลีไกลคอลเลตเป็นวัสดุที่แข็งแรงและไม่แข็งซึ่งไม่หลุดลุ่ยและให้ความปลอดภัยที่ดีในฐานะตัวยึดระหว่างการเย็บแผล วัสดุเหล่านี้มีประสิทธิภาพดีกว่าไททาเนียมมาก เนื่องจากทำให้ผู้ป่วยรู้สึกไม่สบายน้อยกว่ามาก ราคาไม่แพง และไม่ต้องผ่าตัดออก
4. แพทช์วัสดุชีวภาพ
จนถึงขณะนี้เราได้กล่าวถึงวัสดุชีวภาพที่ใช้สำหรับการสร้างกระดูกใหม่ แต่ยังใช้ในเนื้อเยื่ออ่อนด้วย ตัวอย่างเช่น สถาบัน Biomedical Imaging and Bioengineering แห่งชาติกำลังพัฒนาแผ่นแปะอัลจิเนตที่มีส่วนประกอบของสาหร่ายสีน้ำตาล เช่น สารเคลือบหลุมร่องฟันในการรักษาเพื่อรักษาการแทรกซึมของปอดจากการบาดเจ็บ การผ่าตัด หรืออาการต่างๆ เช่น โรคปอดอักเสบและโรคซิสติกไฟโบรซิส.
ผลลัพธ์ของเทคโนโลยีเหล่านี้มีแนวโน้มที่ดี เนื่องจากแพทช์อัลจิเนตดูเหมือนจะตอบสนองได้ดี ความดันคล้ายกับที่ปอดออกแรงและช่วยให้เนื้อเยื่อในอวัยวะเหล่านี้งอกใหม่จึงจำเป็นสำหรับ ชีวิต.
5. ไฮโดรเจล "ผ้าพันแผล" สำหรับแผลไหม้
ผู้ที่ทนทุกข์ทรมานจากแผลไหม้อย่างรุนแรงจะพบกับความเจ็บปวดอย่างแท้จริงเมื่อจับผ้าพันแผล นอกจากนี้ สิ่งเหล่านี้ยังชะลอการเติบโตของผิวหนังชั้นนอกและการสร้างเนื้อเยื่อใหม่ ด้วยการใช้ไฮโดรเจลที่กำลังศึกษา ปัญหาเหล่านี้อาจหมดไป
ไฮโดรเจลจะทำหน้าที่เป็นฟิล์มในอุดมคติเพื่อป้องกันการติดเชื้อและการเสื่อมสภาพที่เกิดจากสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยในบาดแผล. นอกจากนี้ มันสามารถละลายในอัตราของขั้นตอนการควบคุมบางอย่าง และเผยให้เห็นรอยโรคโดยไม่มีความเครียดเชิงกลที่เกี่ยวข้อง ไม่ต้องสงสัยเลยว่าสิ่งนี้จะช่วยปรับปรุงการพักรักษาตัวในโรงพยาบาลของผู้ป่วยที่มีแผลไฟไหม้รุนแรงได้อย่างไร้ขีดจำกัด
สรุป
ทุกสิ่งที่เราบอกคุณไม่ได้ขึ้นอยู่กับการคาดเดาและสมมติฐาน: วัสดุเหล่านี้จำนวนมากมีการใช้งานแล้วในปัจจุบัน ในขณะที่วัสดุอื่นๆ กำลังได้รับการพัฒนาอย่างแข็งขัน.
อย่างที่คุณเห็น อนาคตของการแพทย์นั้นมีแนวโน้มที่ดี ด้วยการค้นพบและการปรับแต่งวัสดุชีวภาพ ความเป็นไปได้ที่ไม่มีที่สิ้นสุดก็เปิดขึ้นจากการดูดซึมกลับของ สกรูและรอยประสานเพื่อรวมองค์ประกอบในเนื้อเยื่อที่ส่งเสริมการเปิดใช้งานกลไกการรักษา เป็นเจ้าของ. ไม่ต้องสงสัยเลยว่าความจริงนั้นแปลกกว่าเรื่องแต่งในวงการแพทย์
การอ้างอิงบรรณานุกรม:
- Bhat, S., & Kumar, A. (2013). วัสดุชีวภาพและวิศวกรรมชีวภาพในการดูแลสุขภาพในวันพรุ่งนี้ ไบโอสสาร, 3(3), e24717.
- วัสดุชีวภาพ NIH รวบรวมเมื่อวันที่ 20 มีนาคม พ.ศ https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
- กริฟฟิธ, แอล. กรัม (2000). วัสดุชีวภาพพอลิเมอร์. บัญญัติวัตถุ, 48(1), 263-277.
- ฮับเบลล์, เจ. ถึง. (1995). วัสดุชีวภาพทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อ. ชีวภาพ/เทคโนโลยี, 13(6), 565-576.
- Navarro, M., Michiardi, A., Castano, O., & Planell, J. ถึง. (2008). วัสดุชีวภาพทางศัลยศาสตร์. Journal of the Royal Society Interface, 5(27), 1137-1158.
- พาร์ค เจ & เลคส์ อาร์ ส. (2007). วัสดุชีวภาพ: บทนำ. Springer Science & สื่อธุรกิจ
- แรทเนอร์, บี. ดี., & ไบรอันท์, เอส. เจ (2004). วัสดุชีวภาพ: เราอยู่ที่ไหนและเราจะไปที่ไหน แอนนู รายได้ ไบโอเมด อังกฤษ, 6, 41-75.
