Traumatismele, degenerarea și bolile fac adesea necesară repararea sau înlocuirea chirurgicală. Atunci când o persoană are o durere articulară, principala preocupare este ameliorarea durerii și revenirea la un stil de viață sănătos și funcțional. Acest lucru necesită, de obicei, înlocuirea părților scheletice care includ genunchii, șoldurile, articulațiile degetelor, coatele, vertebrele, dinții și repararea mandibulei. Piața mondială a biomaterialelor este evaluată la aproape 24.000 de milioane de dolari. Aplicațiile ortopedice și dentare reprezintă aproximativ 55% din totalul pieței de biomateriale. Produsele ortopedice la nivel mondial au depășit 13 miliarde de dolari în 2000, o creștere de 12% față de veniturile din 1999. Se așteaptă ca expansiunea în aceste domenii să continue datorită unui număr de factori, inclusiv îmbătrânirea populației, o preferință din ce în ce mai mare din partea candidaților mai tineri sau de vârstă mijlocie de a efectua intervenții chirurgicale, îmbunătățiri ale tehnologiei și ale stilului de viață, o mai bună înțelegere a funcționalității corpului, o estetică îmbunătățită și nevoia unei funcții mai bune.
Biomateriale
Biomaterialul prin definiție este „o substanță nemedicamentoasă potrivită pentru includerea în sisteme care măresc sau înlocuiesc funcția țesuturilor sau organelor corpului”. Încă de acum un secol, materialele și dispozitivele artificiale au fost dezvoltate până în punctul în care pot înlocui diverse componente ale corpului uman. Aceste materiale sunt capabile să fie în contact cu fluidele și țesuturile corporale pentru perioade prelungite de timp, provocând în același timp puține sau chiar deloc reacții adverse.
Dezvoltarea istorică a biomaterialelor
Câteva dintre primele aplicații ale biomaterialelor datează încă din Fenicia antică, unde dinții desprinși erau legați între ei cu sârme de aur pentru a-i lega pe cei artificiali de dinții vecini. La începutul anilor 1900, plăcile osoase au fost implementate cu succes pentru a stabiliza fracturile osoase și pentru a accelera vindecarea acestora. În timp ce în perioada anilor ’50-’60, înlocuirea vaselor de sânge se aflau în teste clinice, iar valvele cardiace artificiale și articulațiile de șold erau în curs de dezvoltare.
Factori de proiectare pentru biomateriale
Încă din fazele preliminare ale acestui domeniu, chirurgii și inginerii au identificat materiale și probleme de proiectare care au dus la pierderea prematură a funcției implantului prin eșec mecanic, coroziune sau biocompatibilitate inadecvată a componentei. Factorii cheie în utilizarea unui biomaterial sunt biocompatibilitatea, biofuncționalitatea și, într-o măsură mai mică, disponibilitatea acestuia. Ceramica este candidatul ideal în ceea ce privește toate funcțiile de mai sus, cu excepția comportamentului lor fragil.
Materiale pentru implanturi
A fost acceptat faptul că niciun material străin plasat în interiorul unui corp viu nu este complet compatibil. Singurele substanțe care se conformează complet sunt cele fabricate de organismul însuși (autogene) și orice altă substanță care este recunoscută ca fiind străină, inițiază un anumit tip de reacție (răspuns gazdă-țesut). Cele patru tipuri de reacții, care permit diferite mijloace de realizare a atașării implanturilor la sistemul musculo-scheletic, sunt prezentate în figura 1.
Figura 1. Clasificarea biomaterialelor în funcție de bioactivitatea lor (a) implant dentar din alumină bioinertă, (b) înveliș de hidroxiapatită bioactivă pe un implant dentar metalic, (c) bioglass activ la suprafață și (d) fosfat tricalcic bioresorbabil ( impant.
Clasificarea biomaterialelor
Când un material sintetic este plasat în interiorul corpului uman, țesuturile reacționează față de implant într-o varietate de moduri, în funcție de tipul de material. Mecanismul de interacțiune tisulară (dacă există) depinde de răspunsul țesutului la suprafața implantului. În general, există trei termeni în care un biomaterial poate fi descris sau clasificat în care reprezintă răspunsurile țesuturilor. Aceștia sunt bioinerți, bioresorbabili și bioactivi, care sunt bine acoperiți într-o gamă de articole de sinteză excelente.
Biateriale bioinerte
Termenul bioinert se referă la orice material care, odată plasat în corpul uman, are o interacțiune minimă cu țesuturile înconjurătoare, exemple de astfel de materiale fiind oțelul inoxidabil, titanul, alumina, zirconia parțial stabilizată și polietilena cu greutate moleculară ultraînaltă. În general, se poate forma o capsulă fibroasă în jurul implanturilor bioinerte, prin urmare, biofuncționalitatea sa se bazează pe integrarea țesutului prin implant (figura 1a).
Biomateriale bioactive
Bioactive se referă la un material care, odată plasat în corpul uman, interacționează cu osul înconjurător și, în unele cazuri, chiar cu țesutul moale. Acest lucru are loc printr-o modificare cinetică a suprafeței în funcție de timp, declanșată de implantarea lor în osul viu. O reacție de schimb de ioni între implantul bioactiv și fluidele corporale înconjurătoare are ca rezultat formarea unui strat de apatită carbonat biologic activ (CHAp) pe implant, care este echivalent din punct de vedere chimic și cristalografic cu faza minerală din os. Exemplele primare ale acestor materiale sunt hidroxiapatita sintetică , vitroceramica A-W și bioglass® (figura 1b și c)).
Biomateriale biorizolabile
Biorizolabile se referă la un material care, după plasarea în interiorul corpului uman, începe să se dizolve (se resorb) și este înlocuit lent cu țesut avansat (cum ar fi osul). Exemple comune de materiale biorezorbabile sunt fosfatul tricalcic și copolimerii de acid polilactic-poliglicolic. Oxidul de calciu, carbonatul de calciu și gipsul sunt alte materiale comune care au fost utilizate în ultimele trei decenii (figura 1d)
.