Traumer, degeneration og sygdomme gør det ofte nødvendigt at foretage kirurgiske reparationer eller udskiftninger. Når en person har ledsmerter, er den vigtigste bekymring at få lindring af smerterne og vende tilbage til en sund og funktionel livsstil. Dette kræver normalt udskiftning af skeletdele, der omfatter knæ, hofter, fingerled, albuer, ryghvirvler, tænder og reparation af underkæben. Det globale marked for biomaterialer er vurderet til næsten 24 000 mio. dollars. Ortopædiske og dentale anvendelser tegner sig for ca. 55 % af det samlede marked for biomaterialer. Ortopædiske produkter på verdensplan oversteg 13 mia. dollars i 2000, hvilket er en stigning på 12 % i forhold til omsætningen i 1999. Ekspansionen på disse områder forventes at fortsætte på grund af en række faktorer, herunder den aldrende befolkning, en stigende præference blandt yngre og midaldrende kandidater for at blive opereret, forbedringer i teknologi og livsstil, en bedre forståelse af kroppens funktionalitet, forbedret æstetik og behov for bedre funktion.
Biomaterialer
Biomateriale er pr. definition “et ikke-medicinsk stof, der er egnet til at indgå i systemer, som øger eller erstatter funktionen af kropsvæv eller -organer”. Allerede for et århundrede siden er kunstige materialer og anordninger blevet udviklet til et punkt, hvor de kan erstatte forskellige dele af det menneskelige legeme. Disse materialer er i stand til at være i kontakt med kropsvæsker og væv i længere tid og giver kun få eller ingen bivirkninger.
Historisk udvikling af biomaterialer
Nogle af de tidligste biomaterialer blev anvendt så langt tilbage som i det gamle Fønikien, hvor løse tænder blev bundet sammen med guldtråde for at binde kunstige tænder sammen med nabotænder. I begyndelsen af 1900-tallet blev der med succes anvendt knogleplader til at stabilisere knoglebrud og fremskynde deres heling. I 1950’erne og 60’erne var der kliniske forsøg med blodkarproteser, og kunstige hjerteklapper og hofteled var under udvikling.
Designfaktorer for biomaterialer
Selv i de indledende faser af dette område identificerede kirurger og ingeniører materiale- og designproblemer, der resulterede i for tidligt tab af implantatfunktion på grund af mekanisk svigt, korrosion eller utilstrækkelig biokompatibilitet af komponenten. Nøglefaktorer i forbindelse med anvendelsen af et biomateriale er dets biokompatibilitet, biofunktionalitet og i mindre grad tilgængelighed. Keramik er ideelle kandidater med hensyn til alle ovennævnte funktioner, bortset fra deres sprøde opførsel.
Implantatmaterialer
Det er blevet accepteret, at intet fremmed materiale, der placeres i et levende legeme, er fuldstændig kompatibelt. De eneste stoffer, der er fuldstændig kompatible, er de stoffer, der fremstilles af kroppen selv (autogene), og ethvert andet stof, der genkendes som fremmedstof, udløser en eller anden form for reaktion (værtsvævsrespons). De fire typer af reaktioner, som giver mulighed for forskellige måder at opnå fastgørelse af implantater til muskelskelettet på, er angivet i figur 1.
Figur 1. Klassificering af biomaterialer efter deres bioaktivitet (a) bioinert alumina tandimplantat, (b) bioaktiv hydroxyapatitbelægning på et metallisk tandimplantat, (c) overfladeaktivt bioglas og (d) bioresorberbart tricalciumphosphat ( impant.
Biomaterialer Klassificering
Når et syntetisk materiale placeres i menneskekroppen, reagerer vævet over for implantatet på forskellige måder afhængig af materialetypen. Mekanismen for vævsinteraktion (hvis nogen) afhænger af vævets reaktion på implantatets overflade. Generelt er der tre termer, som et biomateriale kan beskrives eller klassificeres i, og som repræsenterer vævsreaktionerne. Disse er bioinert, bioresorbabelt og bioaktivt, som er godt dækket i en række fremragende oversigtsartikler.
Bioinert Biomaterialer
Tegnet bioinert henviser til ethvert materiale, der, når det er anbragt i menneskekroppen, har minimal interaktion med det omgivende væv, og eksempler herpå er rustfrit stål, titanium, aluminiumoxid, delvist stabiliseret zirconiumoxid og polyethylen med ultrahøj molekylvægt. Generelt kan der dannes en fibrøs kapsel omkring bioinerte implantater, hvorfor deres biofunktionalitet er afhængig af vævsintegration gennem implantatet (figur 1a).
Bioaktive biomaterialer
Bioaktivitet henviser til et materiale, som, når det placeres i menneskekroppen, interagerer med den omgivende knogle og i nogle tilfælde endda med blødt væv. Dette sker gennem en tidsafhængig kinetisk modifikation af overfladen, som udløses af deres implantation i den levende knogle. En ionudvekslingsreaktion mellem det bioaktive implantat og de omgivende kropsvæsker resulterer i dannelsen af et biologisk aktivt karbonatapatitlag (CHAp) på implantatet, som kemisk og krystallografisk svarer til mineralfasen i knogle. De bedste eksempler på disse materialer er syntetisk hydroxyapatit , glaskeramisk A-W og bioglass® (figur 1b og c)).
Bioresorbable biomaterialer
Bioresorbable refererer til et materiale, der efter placering i det menneskelige legeme begynder at opløses (resorberes) og langsomt erstattes af fremadskridende væv (f.eks. knogle). Almindelige eksempler på bioresorbable materialer er tricalciumphosphat og polylactic-polyglycolsyre-copolymerer. Calciumoxid, calciumcarbonat og gips er andre almindelige materialer, der er blevet anvendt i de sidste tre årtier (figur 1d).