Біоматеріали: що це таке, види та характеристики

Люди (і більшість тварин) мають певну здатність заліковувати рани та травми. Зазвичай отвори епідермісу внаслідок механічних процесів відбуваються за медично передбачуваним механізмом загоєння: утворення тромбів, запалення, клітинна проліферація та диференціація нових штамів, щоб ремоделювати тканину та повернути її до початкового стану в максимально можливому ступені. можливо.

У будь-якому випадку відновлюється не тільки епідерміс. Консолідація кісток і мобілізація сателітних клітин міоцитів (у кістках і м’язах відповідно), є прикладами інших фізіологічних механізмів, які намагаються залікувати мікророзриви та переломи в нашому апараті локомоторний.

Наприклад, коли є перелом кістки, клітинні тіла (остеоцити, остеобласти, остеокласти та клітини остеопрогенітори) виділяють і реконструюють кістковий матрикс, щоб досягти відновлення нормальної форми кістки у неповнолітніх можливий час. Як правило, протягом 6-8 тижнів можна помітити значне поліпшення.

На жаль, не всі тканини добре заживають, а деякі повністю позбавлені досконалої регенеративної здатності, як-от серце чи інші органи. Щоб кинути виклик обмеженням фізіологічних можливостей людини та потенційно врятувати мільйони життів,

біоматеріали дійшли до нашого часу. Дізнайтеся про них усе, адже майбутнє медицини найменш перспективне.

• Пов'язана стаття: «Основні типи клітин організму людини»

Що таке біоматеріали?

Біоматеріал, з медичної точки зору, є будь-який природний або синтетичний матеріал, призначений для введення в живу тканину, особливо як частина хірургічного елемента або імплантату. На фізіологічному рівні ці матеріали мають унікальні властивості порівняно з іншими, оскільки вони можуть негайно контактувати з живою тканиною, не викликаючи негативних імунних реакцій у пацієнт.

Крім того, слід зазначити, що біоматеріали вони не досягають своєї функції шляхом сегрегації фармакологічних речовин і не залежать від метаболізму в організмі для досягнення потрібного ефекту (інакше ми б говорили про ліки). Їх проста функціональність і магія полягає в знаходженні (і адаптації) у потрібному місці, оскільки вони ідеально служать для заміни будь-якої твердої або м’якої тканини, яка зазнала певного типу пошкодження. На додаток до типового використання, вони також все частіше використовуються як діагностичні методи та інші клінічні події.

Перше покоління біоматеріалів було задумано приблизно в 1940 році, а пік корисності та функціональності припав на 1960-1970-ті роки. Оскільки медичні знання та матеріали були вдосконалені, можливості цих елементів удосконалювалися з часом, утворюючи сполуки другого і третього покоління. Ось деякі з його ідеальних властивостей:

• Відповідні механічні властивості: високотвердий біоматеріал не можна вводити в пухку природну тканину, оскільки це завадить його правильній функціональності.
• Стійкість до корозії у водному середовищі: організм людини на 60% складається з води. Таким чином, важливо, щоб біоматеріал був стійкий до впливу води.
• Він не повинен сприяти місцевій токсичності або канцерогенним явищам у тканині, в яку він розміщений.
• Починаючи з другого покоління, шукали, щоб матеріали також були біоактивними. Вони повинні викликати фізіологічну реакцію, яка підтримує функцію та ефективність біоматеріалу.
• Інша нова шукана характеристика полягає в тому, що деякі матеріали були здатні повторно поглинатися. Це означає, що вони зникають або різко змінюються з часом і можуть метаболізуватися організмом.
• Нарешті, сьогодні очікується, що деякі з них стимулюють специфічні реакції на клітинному рівні.

Як ви можете собі уявити, ідеальні властивості біоматеріалу повністю залежать від функціональності. Наприклад, хірург хоче, щоб гвинт, застосований для фіксації трансплантата при пошкодженні зв’язки, з часом знову розсмоктався, тож пацієнту не потрібно втручатися знову. З іншого боку, якщо біоматеріал замінює життєво важливу структуру, ідея полягає в тому, що він є постійним і протистоїть усім елементам екосистеми тіла.

Крім того, деякі біоматеріали цікаві з клітинної точки зору, оскільки вони можуть розвивати свій ріст і диференціацію. Наприклад, деякі біоактивні кристали третього покоління призначені для активації певних генів у пошкоджених клітинах тканини, щоб сприяти швидкій регенерації. Це здається технологією, взятою з антиутопічного майбутнього, але сьогодні це реальність.

Види біоматеріалів

Щоб все вищесказане не залишилося в низці ефірних концепцій, ми представляємо вам докази корисності біоматеріалів. Ми не можемо охопити їх усіх (оскільки список дуже довгий), але ми зібрали деякі з найцікавіших. Не пропустіть це.

1. Кальцій-фосфатна кераміка

Пористу кальцієво-фосфатну кераміку можна використовувати для ремонту певних внутрішньокісткових дефектів, оскільки вони вони нетоксичні, біосумісні з організмом і істотно не змінюють рівні кальцію і фосфору в крові. У будь-якому випадку, оскільки біокераміка надзвичайно тверда і розкладається дуже повільно, для досягнення кращих результатів зазвичай необхідно поєднувати її з біорозкладаними полімерами.

Ці типи імплантатів використовуються, наприклад, для сприяння відновленню кісток при переломах. Як цікавий факт, було помічено, що просочування цих біоматеріалів мезенхімальними стовбуровими клітинами може сприяти швидшій і кращій регенерації тканин у деяких тварин. Як бачите, біоматеріал — це не просто мінерал або сполука, а суміш органічних і неорганічних елементів, які намагаються знайти ідеальний баланс для досягнення своєї функціональності.

2. біоактивні кристали

Біоактивні кристали також ідеально підходять для певних регенеративних процесів на рівні кісток, оскільки їх швидкість деградації можна контролювати, вони виділяють певні іонні матеріали з остеогенним потенціалом і мають більш ніж правильну спорідненість із кістковою тканиною. Наприклад, численні дослідження показали, що деякі біоактивні кристали сприяють активації остеобласти, клітини кісткової тканини, які виділяють міжклітинний матрикс, який надає кістці її міцності та функціональність.

• Вас може зацікавити: «12 галузей (або областей) психології»

3. Розсмоктуючі бікортикальні гвинти

Пластини та гвинти, що розсмоктуються на основі полімолочної та полігліколевої кислот, є актуальними, т.к. вони все частіше замінюють тверді титанові елементи, які створювали стільки проблем під час зварювання.

Наприклад, полігліколат є міцним, нежорстким матеріалом, який не розтирається та забезпечує надійну опору під час накладання швів. Ці матеріали значно перевершують титан у тому, що вони викликають набагато менше дискомфорту у пацієнта, є дешевшими та не потребують хірургічного видалення.

4. пластирі з біоматеріалу

Досі ми згадували біоматеріали, які використовуються для регенерації кісток, але вони також використовуються в м’яких тканинах. Наприклад, Національний інститут біомедичної візуалізації та біоінженерії розробляє альгінатні пластирі на основі бурих водоростей. терапевтичні герметики для лікування легеневої інфільтрації внаслідок травми, хірургічного втручання або таких захворювань, як пневмонія та муковісцидоз.

Результати цих технологій багатообіцяючі, оскільки альгінатні пластирі добре реагують на них тиск, подібний до тиску легенів, і сприяє регенерації тканин у цих органах, що так важливо для життя.

5. Гідрогелева «пов'язка» від опіків

Люди, які страждають від важких опіків, відчувають справжню агонію, коли їх бинти тримають, і, крім того, вони уповільнюють ріст епідермісу та регенерацію тканин. Використовуючи гідрогелі, які зараз вивчаються, ці проблеми можуть зникнути.

Гідрогель діяв би як ідеальна плівка для запобігання інфекції та деградації рани, викликаної несприятливим середовищем.. Крім того, він може розчинятися зі швидкістю певних контрольованих процедур і оголювати поразку без механічного навантаження, яке це тягне за собою. Без сумніву, це значно покращило б перебування пацієнтів із важкими опіками в стаціонарі.

Резюме

Все, що ми вам розповіли, не базується на припущеннях і гіпотезах: багато з цих матеріалів вже використовуються сьогодні, а інші зараз активно розробляються.

Як бачите, майбутнє медицини, м’яко кажучи, перспективне. З відкриттям і вдосконаленням біоматеріалів відкриваються безмежні можливості, починаючи з реабсорбції гвинти та шви для інтеграції елементів у тканини, які сприяють активації механізмів загоєння власні. Безсумнівно, реальність у галузі медицини дивніша за вигадку.

Бібліографічні посилання:

• Бхат С. та Кумар А. (2013). Біоматеріали та біоінженерія – охорона здоров’я завтрашнього дня. Біоматерія, 3 (3), e24717.
• Біоматеріали, NIH. Зібрано 20 березня в с https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/biomaterials
• Гріффіт, Л. g. (2000). Полімерні біоматеріали. Act materialia, 48 (1), 263-277.
• Хаббелл, Дж. ДО. (1995). Біоматеріали в тканинній інженерії. Біо/технологія, 13 (6), 565-576.
• Наварро М., Мічіарді А., Кастано О. та Планелл Дж. ДО. (2008). Біоматеріали в ортопедії. Journal of the Royal Society Interface, 5(27), 1137-1158.
• Парк, Дж., і Лейкс, Р. С. (2007). Біоматеріали: вступ. Springer Science & Business Media.
• Ратнер, Б. Д. і Браянт С. Дж. (2004). Біоматеріали: де ми були і куди йдемо. Annu. Рев. Біомед. англ., 6, 41-75.