Biomaterialele sunt materiale folosite pentru a înlocui o parte a unui sistem viu sau pentru a funcționa în strânsă legatură cu un țesut viu. Pot fi materiale naturale, sintetice sau compozite aflate în contact cu ṭesuturile vii ṣi cu fluidele lor biologice. Ele sunt folosite pentru a ajuta sarcinile ṭesutului afectat sau funcṭiile afectate ale unui organ bolnav. Se poate să realizeze interfaṭarea mediului biologic la dispozitivele medicale prin biochip-uri ID care pot tele-interacṭiona, sau îmbunătățesc o funcṭie afectată a unui organ. Premisa este că interacṭia biomaterial-organism este benefică. Șimon 2002
Știinṭa care se ocupă cu studiul materialelor folosite în medicină se numeṣte bioinginerie. Ea implică cercetări fundamentale ṣi dezvoltarea unor tehnologii de obținere la standardele medicale de siguranṭa în exploatare a materialelor. Autoritatea din Europa ce a dictat etica implanturilor, direcțiile internaționale de dezvoltare dar ṣi condițiile tehnice ce țin de obținerea efectivă a implanturilor sau a dispozitivelor medicale, este Comisia Europeană.
Clasificare După origine biomateriale naturale- proteine (keratina, fibrinogene, colagenul, gelatina) , fibre proteinice ( mătase, lână, păr, pânzaa de păianjen, pielea ), catgut, polizaharide (bumbac, celuloză, dextranul, amilaza), metale și oxizi (Titan, Nichel, Magneziu, Zinc), nemetal-compozite (fibra de Bor, Kkevlar-ul) și plastice biomateriale sintetice- polimeri, aliaje ale metalelor, nemetalelor, materiale ceramice ṣi compozite (fibra de carbon)
Institutul American de Fizică a propus în anul 1996, ca primele să se numească biomateriale, spre a le deosebi de cele sintetice, numite ṣi materiale biomedicale.
După compoziṭia chimică metale ṣi aliaje - au conductibilitate electrică ṣ termică bună, rezistenṭă mecanică ṣi rigiditate mare, ductibiliatate ṣi rezistenṭă la ṣocuri; sunt folosite în ortopedie, chirurgie orală ṣ maxilo-facială, în chirurgia cardiovasculară; polimeri – au conductibilitate electrică, termică ṣi rezistenṭă mecanică slabă, nu se pot prelucra la temperaturi mari, sunt foarte ductili, plastici ṣi rezistenți la ṣocuri; sunt folosiți în aplicații medicale - de exemplu hidrogelurile sunt structuri polimerice reticulare utilizate pentru lentile de contac, membrane pentru hemodializă, înlouiri de coarde vocale, piele artificială, tendoane; material compozit- acestea au proprietăți diverse , în funcṭie de formula de obṭinere din care sunt formate: compozit metal/metal, metal/polimer, 'polimar/polimer', polimer/ceramică, etc materiale ceramice biomedicale – au rezistenṭă mare raportată la masă, rigiditate ṣi rezistenṭă la ṣoc, rezistenṭă la coroziune. Sunt utilizate în dentistică, oftalmologie, indicatoare (termometre, esantioane, mostre, fibre optice endo-scoptice).
După gradul de tolerare în organism temporare - fibre de sutură, proteze esofagiene, unele atele ortopedice, sonde-diagostic permanente - sarme de sutură și bypass, proteze cardiace, proteze ortopedice, opto-lentile oculare
După funcția pe care o realizează înlocuire de țesut dur - în ortopedie (atele, capace), stomatologie (implanturi, coroane) înlocuire de țesut moale - în cardiologie (artere), oftalmologie (ochelari) biomateriale cu funcṭii specifice - membrane pentru industria farmaceutica ṣi sânge, membrane de dializă, stimulare cardiacă, plămân artificial, biomateriale de diagnostic, terapie, instrumentație
După localizare biomateriale intracorporale- realizate sub formă de dispozitive complexe de stimulare a proceselor fiziologice (rinichi artificiali pentru dializa sângelui, plămân artificial de oxigenare a sângelui, inimă artificială, pancreas artificial pentru eliberare de insulină), sub formă de dispozitive semipermanente sau pentru dispozitive temporare biomateriale paracorporale-utilizate la interfaṭa cu mediul biologic biomateriale extracorporale - utilizate pentru transportul sângelui ṣi a lichidelor transfuzabile, containere farmaceutice, tuburi, seringi, instrumente chirurgicale, materiale de împachetare (sterile ṣi nesterile)
După interacṭiunea cu organismul materiale pot fi: bioinerte - care nu provoacă răspuns (sau provoacă răspuns minim) din partea gazdei, deci nu interacṭionează cu ṭesutul viu cum ar fi- porțelanul dentar sau unele biosticle, în contact direct cu osul sau separate de acestea printr-un strat subțire; bioactive - care presupun interacṭiuni fizico-chimice cu ṭesutul viu ṣi dau răspunsuri benefice, refacerea în zona de contact ṣi stimularea creṣterii de celule endoteliale biotolerate - separate de organism printr-o interfaṭă suficient de groasă încât nu apar perturbări importante de compatibiliate cu acestea; bioresorbabile - supuse unui proces de dizolvare/ resorbție după introducere în organis, sunt treptat înlocuite prin avansul țesutului viu hibride - care presupun asocierea unui material inert cu celule vii. Dumitraṣcu 2007
Teste de biocompatibilitate Un biomaterial poate să aibă toate caracteristicile mecanice, fizice ṣi chimice cerute de o aplicaṭie medicală dar la contactul cu mediile biologice, inclusiv cu organismul uman, el găseṣte condiții fiziologice particulare cu care interacṭionează prin procese specifice, precum difuzia de ioni ṣi fluide, drenaj limfatic, circulaṭia sângelui, dar ṣi prin mecanisme fiziologice (locale ṣi sistematice) mai puțin previzibile. Aceste reacṭii specifice fac ca materialul să fie sau nu tolerat de mediul respectiv. Mai mult, în acelaṣi organism uman, aceste condiṭii mecanice, fizico-chimice ṣi fiziologice variază într-un domeniu destul de larg. De exemplu, pH-ul are valoare de 1.2 -3 în sucul gastric până la 7.15-7.4 în sânge ṣi 6-8 în mediul intracelular, sau temperatura care are valoare normală de 37˚C la nivelul inimii, dar poate să fie 20˚C – 42.5˚C în anumite boli.
Succesul actului medical este asigurat numai de interacțiunea biomaterial-organism viu, adică biocompatibilitatea material- mediu biologic.
Un material care îndeplineṣte la început toate cerințele de biocompatibilitate poate să piardă în timp aceste calităṭi nu numai datorită unor procese de uzură, oboseală, degradare, dar ṣi pentru că ṭesuturile înconjurătoare, iniṭial sănătoase, se îmbolnăvesc sau pur ṣi simplu îmbătrânesc.
Indiferent de aplicaṭia medicală, un material biocompatibil trebuie să îndeplinească următoarele cerinṭe: să nu fie toxic ṣi să nu conṭină produṣi filtranṭi să nu provoace efecte alergice, cancerigene, teratogene (generate de anomalii morfologice) să nu provoace fenomene de respingere de către organism să nu modifice compoziṭia sângelui ṣi să nu perturbe mecanismul coagulării (să fie hemocompatibil) să nu modifice pH-ul biologic să nu provoace sedimentări în țesuturi ṣi biodegradări să nu conțină site hidrofile sau hidrofobe care să favorizeze pătrunderea ṣi aderenṭa celulară
Teste de biocompatibiliate, după recomandări din ISO – 10993 ṣi EN – 30993: biocompatibilitatea materialelor în contact cu organismul viu se stabileṣte prin teste de laborator (in vitro ṣi ex vivo), teste preclinice (in vivo) pe animale, iar în final prin teste clinice (in vivo) pe organisme umane testele se realizează într-o ordine foarte precisă, în aceleaṣi condiții de pH (bazicitate), temperatură, ca în organismul viu; anumite teste se pot realiza atât in vitro cât ṣi in vivo, ele se numesc complementare testele sunt diferite, după cum materialele sunt în contact cu organismul viu pe durată limitată (24 h), prelungită (24 h – 30 zile) ṣi permanentă (peste 30 zile); testele se fac cu materiale de referință (de control), procesate în aceeaṣi manieră, cu aceeaṣi compoziṭie chimică, sterilizate prin aceeaṣi tehnică; .
Aplicaṭiile biomaterialelor
Domeniul Exemplu înlocuire unei părți bolnave sau vătămate articulaṭii artificiale de ṣold, rinichi artificiali asistarea la vindecare suturile, plăcile ṣi ṣuruburile la os îmbunătăṭirea funcṭiei stimulator cardiac, lentile de contact corectarea anomaliilor funcṭionale tijă verticală Harrington corectarea unor probleme estetice mamoplastie de mărire, mărirea bărbiei ajutor în stabilirea diagnosticului sonde, tuburi de drenaj ajutor în aplicarea tratamentelor tuburi de drenaj, canule
Biomateriale folosite în diferite organe
Organul Exemple inima stimulator cardiac, valvă artificială de inimă plămânul aparat de oxigenare (plămân artificial) ochiul lentile de contact, înlocuirea cristalinului urechea agrafe artificiale, corectarea estetică a urechii externe rinichi rinichi artificial (aparat de dializă) vezica urinară tuburi de drenaj
Biomateriale folosite în diferite sisteme ale corpului omenesc
Sistemul Exemple osos plăci de os, înlocuirea articulaṭiilor muscular suturi digestiv suturi circulator valve de inimă ṣi vase de sânge artificiale respirator aparate de oxigenare (plămân artificial) tegumentar suturi, acoperirea arsurilor, piele artificială urinar tuburi drenaj, rinichi artificiali nervos canal hidrocefal, stimulator cardiac endocrin celule pancreatice microîncapsulate reproductiv mamoplastie, alte înlocuiri estetice
Note
Vezi și Biomimetism Bionică Biotehnologie
Bibliografie Cătălin Popa, Viorica Șimon ș.a.: Știința biomaterialelor - biomateriale metalice, U.T. Press, Cluj-Napoca, 2008 Nicoleta Dumitraṣcu: Biomateriale ṣi biocompatibilitate, Editura Universităṭii „Alexandru Ioan Cuza” Iaṣi, 2007 Viorica Șimon: Fizica biomaterialelor, Presa Universitară Clujeană, 2002 Gheorghe Chiriță, Mihai Chiriță: Tratat de biomolecule, Vol. I, Vol. II, Editura Sedcom Libris, Iași, 2009
Legături externe Societatea Română de Biomateriale http://biomateriale.ro/ Society For Biomaterials Journal of Biomaterials Applications
Categorie:Materiale Categorie:Bioinginerie medicală Categorie:Implanturi (medicină)