plik

Porównanie czasu życia człowieka w roku 1900 i 2000

- wpływ wieku na jakość tkanki łącznej

łu

(

)

DŁUGOŚĆ ŻYCIA

w 1900r.

DŁUGOŚĆ ŻYCIA

w 2000r.

JAKOŚĆ
TKANEK

1900r

Wiek

(

)

JAKOŚĆ
TKANEK

2000r.

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Regeneracyjne

materiały

bioaktywne

Przeszłość: Usuwanie tkanek

Teraźniejszość: Zastępowanie tkanek

Transplantacje

Implantacje

Autografy

Heterografy

Homografy

PRZYSZŁOŚĆ: REGENERACJA TKANEK

Mocowanie

biologiczne

Mocowanie

bioaktywne

Mocowanie

cementem

Inżynieria
tkankowa

Inżynieria

genetyczna

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Biomateriał to każda inna substancja niż lek albo kombinacja substancji

syntetycznych lub naturalnych, która może być użyta w dowolnym czasie,

a której zadaniem jest uzupełnianie lub zastąpienie tkanek narządu lub

jego części w celu spełnienia lub funkcji.

Biomaterials Consensus Conference at the National Institute of Health 1992

A. materiał przeznaczony do współistnienia z biologicznymi systemami,

przeznaczony do leczenia, diagnozowania, poprawiania lub zastąpienia
częściowego lub całkowitego tkanki, narządu, lub spełniania ich funkcji
w organizmie,

B. materiał (nieożywiony) stosowany w wyrobach, urządzeniach lub też

przyrządach medycznych, przeznaczony do oddziaływania z biologicznymi
systemami,

C. materiał pochodzenia naturalnego lub sztucznego, użyty do wspomagania

lub zastąpienia funkcji żywych tkanek.

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

1. STRUKTURY

3. METABOLICZNEGO

I BIOCHEMICZNEGO
ZACHOWANIA

Biomateriał - regenerujący obcy przeszczep

ekwiwalent dla autoprzeszczepu

2. FUNKCJI

4. BIOMECHANICZNEGO

ZACHOWANIA

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

WYMAGANIA STAWIANE BIOMATERIAŁOM:

OBOJĘTNOŚĆ

BIOKOMPATYBILNOŚĆ (biozgodność, podobieństwo)

Biozgodność to zdolność materiału do wywołania odpowiedzi gospodarza
zgodnej z przeznaczeniem implantu.

Specyficzne

oddziaływanie materiału

środowiskiem

żywego

organizmu,

tzn. komórkami, białkami i płynami ustrojowymi.

Charakter odpowiedzi środowiska biologicznego decyduje o biozgodności
materiału.

Reakcja żywego organizmu na ciało obce (analiza tej reakcji pozwala na określenie
czy materiał może być bezpiecznie stosowany i czy spełnia swoją funkcje).

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Aby przekonać się o tym czy materiał jest biozgodny trzeba zbadać odpowiedź
żywego organizmu na materiał i jego produkty degradacji (zużycia) czyli
odpowiedź biologiczną i odpowiedź materiału (ISO 10993).

Biozgodność:

- zjawiska na granicy faz;

- zjawiska na granicy ożywionej

i nieożywionej

WYMAGANIA STAWIANE BIOMATERIAŁOM:

OBOJĘTNOŚĆ

BIOKOMPATYBILNOŚĆ (biozgodność, podobieństwo)

BIOAKTYWNOŚĆ

zdolność powierzchni wszczepu lub pokrywających tę powierzchnię powłok do
bezpośredniego

połączenia,

bez

tworzenia

warstwy

pośredniej

(otoczki

okołoimplantowej). Ma to korzystny wpływ na trwałość połączenia implant-tkanka.

Materiałami

bioaktywnymi

nazywamy

materiały

posiadające

zdolność

wzbudzania z góry zaplanowanych reakcji ze strony biorcy implantu.

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOAKTYWNOŚĆ

zdolność powierzchni wszczepu lub pokrywających tę powierzchnię powłok do
bezpośredniego

połączenia,

bez

tworzenia

warstwy

pośredniej

(otoczki

okołoimplantowej). Ma to korzystny wpływ na trwałość połączenia implant-tkanka.

BIODEGRADACJA – rozkład materiału w wyniku działania środowiska biologicznego.

BIORESORPCJA – „kontrolowane” procesy degradacji materiału, w czasie których

tworzące

się

produkty

są

usuwane

dzięki

aktywności

komórkowej

(poliglikolid, polilaktydy, kwas mlekowy, poliparadioksanon, fibrynogen).

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

WYMAGANIA STAWIANE BIOMATERIAŁOM:

OBOJĘTNOŚĆ

BIOKOMPATYBILNOŚĆ (biozgodność, podobieństwo)

BIOAKTYWNOŚĆ

BIOFUNKCYJNOŚĆ

Materiał powinien wykazywać odpowiednie predyspozycje do spełniania swej
funkcji z punktu widzenia jego właściwości fizycznych.

Biofunkcyjność to zdolność materiału do przejmowania funkcji tkanek
i narządów, do leczenia których został zastosowany.

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

WYMAGANIA STAWIANE BIOMATERIAŁOM:

OBOJĘTNOŚĆ

BIOKOMPATYBILNOŚĆ (biozgodność, podobieństwo)

BIOAKTYWNOŚĆ

BIOFUNKCYJNOŚĆ

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

właściwości strukturalne, gęstość, porowatość

właściwości akustyczne

właściwości elektryczne (biosensory)

właściwości magnetyczne (detektory NMR)

właściwości termiczne (materiały kompozytowe, cement kostny)

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

WYMAGANIA STAWIANE BIOMATERIAŁOM:

OBOJĘTNOŚĆ

BIOKOMPATYBILNOŚĆ (biozgodność, podobieństwo)

BIOAKTYWNOŚĆ

BIOFUNKCYJNOŚĆ

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE

(ciągłość odkształceń, strees shielding)

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Złamanie trzonu
endoprotezy

Złamanie kości
udowej

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Niedopasowanie właściwości mechanicznych w układzie implant-tkanka:

WYMAGANIA STAWIANE BIOMATERIAŁOM:

OBOJĘTNOŚĆ

BIOKOMPATYBILNOŚĆ (biozgodność, podobieństwo)

BIOAKTYWNOŚĆ

BIOFUNKCYJNOŚĆ

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE

pasywacja, korozja

wytrzymałość na zużycie

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

WYMAGANIA STAWIANE BIOMATERIAŁOM:

OBOJĘTNOŚĆ

BIOKOMPATYBILNOŚĆ (biozgodność, podobieństwo)

BIOAKTYWNOŚĆ

BIOFUNKCYJNOŚĆ

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE

ODPOWIEDNIE WŁAŚCIWOŚCI BIOLOGICZNE

brak tworzenia zakrzepów, odczynów i infekcji

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Bio- dotyczący życia, procesów życiowych,
Materiał - w najbardziej ogólnym sensie jest to surowiec w postaci pierwotnej
lub częściowo przetworzony, z którego wytwarza się różne produkty.

produkt

surowiec

półfabrykat

(surowiec/produkt)

produkt końcowy

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Wyrób końcowy = wyrób medyczny, wg normy

ISO 10993-1

A. Klasyfikacja według rodzaju kontaktu z organizmem:

 Wyroby kontaktujące się z powierzchnią

(skóra, błony śluzowe, powierzchnie uszkodzone);

 Wyroby kontaktujące się zewnętrznie

(krew, zębina, tkanki miękkie);

 Wyroby implantowane czyli WSZCZEPY

(krew, tkanki miękkie, kość)

B. Klasyfikacja według czasu trwania kontaktu:

 Wyroby o ekspozycji ograniczonej

jednorazowy kontakt nie dłuższy niż 24 h

 Wyroby o przedłużonej ekspozycji

kontakt stały dłuższy niż 24h,lecz krótszy niż 30 dni;

 Wyroby o stałym kontakcie, dłuższym niż 30 dni

Podział ze względu na funkcję (wg Kusia):

1. BIOSTATYCZNE – rusztowanie dla odnowy brakujących części tkanek lub

organów oraz je uzupełniają, stanowiąc odpowiednie warunki do odbudowy tk.

np. sztuczne więzadła, powięzi, elementy pokrywy czaszki, siatki przepuklinowe,
elementy do zespalania i uzupełnienia kości

2. BIOESTETYCZNE –

protezy sutka czy jąder

3. BIOMECHANICZNE –

to złożone konstrukcyjnie układy elementów, zastępujących

niektóre biomechanizmy narządów ruchu np. protezy stawów

4. Wszczepy przeznaczone do kontaktu z krwią

np. dziane i tkane protezy naczyniowe, metalowe lub ceramiczne stenty naczyniowe,
zastawki serca, elementy sztucznego serca

5. Materiały do zespoleń

np. nici chirurgiczne, staplery, materiały do zespoleń kości,
biodegradowalne pierścienie do zespalania jelit

6. Wszczepy jako nośniki leków – stosowane w celu kontrolowanego

uwalniania leków, stosowane albo jako połączenie wszczepów zastępujących
tkanki, lub samodzielnie

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Biomateiały, T.4, Biocybernetyka pod red. M.Nałęcz

Podział ze względu na zastosowanie:

 materiały dla chirurgii twarzowo-szczękowej

zupełnianie ubytków pokrywy czaszki oraz jako stabilizatory kości płaskich.

Okres użytkowania nie powinien przekraczaj 2 lat.

http://www.medphys.ucl.ac.uk/mgi/treacher.htm

http://www.medscape.com/viewarticle/472974_4

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Podział ze względu na zastosowanie:

 materiały dla stomatologii

mplanty zębowe, materiały na mostki oraz wypełnienia.

Od materiałów tej grupy wymaga się wysokiej wytrzymałości na ścieranie,
odporności korozyjnej oraz  określonych,  trwałych cech estetycznych.
W przypadku  wszczepów materiały powinny ulegać stopniowej resorpcji  by utworzyć
jednocześnie  trwałe połączenie  z tkanką  kostną.

http://www.uniteddentaldc.com/listings1.nxg
http://www.drlaurazanelli.com/DentalImplants.html

http://www.genesis.info.pl/uslugi/zamki.html

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Podział ze względu na zastosowanie:
 materiały dla laryngologii -

rekonstrukcja krtani i tchawicy.

Właściwości implantu powinny być zbliżone do tkanki chrzęstnej.
Materiał powinien cechować się dużą bioinertnością oraz
sprężystością (kompozyty węgiel-węgiel, silikonowe).



materiały dla okulistyki

– soczewki kontaktowe, keratoprotezy.

Materiały  te powinny charakteryzować  się dużą przepuszczalnością
tlenu, dobrą zwilżalnością, odpornością  na proteiny i śluz
zawarte we łzach oraz  odpornością  na osadzanie się lipidów na
powierzchni soczewki.

http://eyeconcern.com/services

http://www.okulary-soczewki.infnews.pl

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

SOCZEWKI KONTAKTOWE

1508r. Leonardo da Vinci – koncepcja soczewek kontaktowych;
1888r. Adolf Fick – 1 konstrukcja soczewki kontaktowej (szkło 18–21mm);
1936-1948 – soczewki z tworzyw sztucznych (PMMA),
obecnie najczęściej akrylowe i silikonowe

Podział ze względu na zastosowanie:
 materiały mające kontakt z krwią

materiały dla kardiochirurgii do zastosowań jako: sztuczne serce, zastawki serca,
stenty wieńcowe, protezy naczyniowe.
Do tej pory nie wytworzono materiału o pełnej zgodności biologicznej z krwią.

Polskie sztuczne serce POLTAH

http://www.polskieserce.pl/opolskimsercu.html

http://www.drmcdougall.com/misc/2006nl/sept/angio.htm

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

SZTUCZNE SERCE

1628r. Wiliam Harvey - opisał pracę serca jako pompę
1881r. Etiene Jules-Marey  - „prototyp” sztucznego serca
1938r. Charles Lindbergh i Alexis Carrel  - „The Culture of Organ”
1950r. Dr Paul Winchell  - 1 patent dotyczący konstrukcji sztucznego serca
1957r. Dr Willem Koffl – 1 udana operacja wszczepienia sztucznego serca

Podział ze względu na zastosowanie:
 materiały dla ortopedii i traumatologii

wszczepy biostatyczne oraz biomechaniczne:
wkręty, płytki kostne, śruby - okres ich przebywania nie powinien przekraczać 2 lat.
endoprotezy stawów oraz stabilizatory kręgosłupa - okres ich przebywania znacznie
dłuższy

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY WCZORAJ I DZIŚ

1891r. Thodore Gluck – 1 endoproteza stawu biodrowego z kości słoniowej
lata1920-1950 – dalsze próby konstrukcji
1948r. Marius Shmith-Petersen  - f  Organ”
1950r. Dr Paul Winchell  - 1 patent dotyczący konstrukcji sztucznego serca
1957r. Dr Willem Koffl – 1 udana operacja wszczepienia sztucznego serca

Podział ze względu na zastosowanie:
 materiały dla ortopedii i traumatologii

 materiały do leczenia oparzeń i zranień

sztuczna skóra, przeszczepy regenerujące, nici chirurgiczne, kleje
Materiały te nie powinny wywoływać niekorzystnych reakcji, mogą ulegać
stopniowej degradacji w środowisku tkankowym.

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

NICI CHIRURGICZNE

Egipcianie, Grecy -

Nici lniane i pochodzenia zwierzęcego, srebrne,
metalowe (w średniowieczu)

130 A.D. Galen of Pergamon – złota nić
……..
1826r. Henroz – 1909r.Humera Hultl, pierwszy szew mechaniczny

Podział ze względu na zastosowanie:
 materiały dla chirurgii plastycznej (bioestetyczne)

materiały na protezy kończyn, moczopłciowe, piersi, ucha oraz innych narządów
zewnętrznych, których brak nie zagraża bezpośrednio zdrowi pacjenta, lecz wywołuje
dyskomfort. Głównym wymaganiem jest odpowiedni wygląd oraz brak reakcji
alergicznych.

 materiały dla instrumentarium chirurgicznego

materiały, które podlegają nieregularnej eksploatacji. Posiadają bezpośredni kontakt
ze środowiskiem tkankowym oraz lekami. Materiał powinien charakteryzować się
odpowiednimi właściwościami mechanicznymi i korozyjnymi oraz łatwością
sterylizacji.

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Podział ze względu na pochodzenie:

1. NATURALNE – pochodzenia ludzkiego lub zwierzęcego, które stanowią

głównie „zdewitalizowane” i poddane różnej preparacji tkanki

2. POLIMERY NATURALNE

kolagen, jedwab, fibrynogen, chityna, celuloza….

3. POLIMERY SYNTETYCZNE

poliamidy, poliestry, pochodne kwasu poliglikolowego, PMMA, PE, PL, PGL,
żywice epoksydowe, poliuretany…..

4. METALE I ICH STOPY

od znanych z niereaktywności metali szlachetnych (złoto, platyna) poprzez stale
austenityczne, stopy na osnowie Co, aż do Ti i jego stopy ……

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

METALE i ich stopy

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Podział ze względu na pochodzenie:

1. NATURALNE – pochodzenia ludzkiego lub zwierzęcego, które stanowią

głównie „zdewitalizowane” i poddane różnej preparacji tkanki

2. POLIMERY NATURALNE

kolagen, jedwab, fibrynogen, chityna, celuloza….

3. POLIMERY SYNTETYCZNE

poliamidy, poliestry, pochodne kwasu poliglikolowego, PMMA, PE, PL, PGL,
żywice epoksydowe, poliuretany…..

4. METALE I ICH STOPY

od znanych z niereaktywności metali szlachetnych (złoto, platyna) poprzez stale
austenityczne, stopy na osnowie Co, aż do Ti i jego stopy ……

5. MATERIAŁY CERAMICZNE

materiał, który nie jest ani metalem ani tworzywem organicznym,
fosforany wapnia, HAp, -TCP, ceramika korundowa i cyrkonowa

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOCERAMIKA

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Podział ze względu na pochodzenie:

1. NATURALNE – pochodzenia ludzkiego lub zwierzęcego, które stanowią

głównie „zdewitalizowane” i poddane różnej preparacji tkanki

2. POLIMERY NATURALNE

kolagen, jedwab, fibrynogen, chityna, celuloza….

3. POLIMERY SYNTETYCZNE

poliamidy, poliestry, pochodne kwasu poliglikolowego, PMMA, PE, PL, PGL,
żywice epoksydowe, poliuretany…..

4. METALE I ICH STOPY

od znanych z niereaktywności metali szlachetnych (złoto, platyna) poprzez stale
austenityczne, stopy na osnowie Co, aż do Ti i jego stopy ……

5. MATERIAŁY CERAMICZNE

materiał, który nie jest ani metalem ani tworzywem organicznym,
fosforany wapnia, HAp, -TCP, ceramika korundowa i cyrkonowa

6. MATERIAŁY WĘGLOWE
7. MATERIAŁY KOMPOZYTOWE

np. stosowane w stomatologii materiały światłoutwardzalne

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY WCZORAJ I DZIŚ

Istnieją dowody, że szwy stosowano już 32000 lat temu

Papirus pochodzący z 17 wiek p.n.e ”Edwin Smith Papyrus”,

który prawdopodobnie jest kopią

starożytnego podręcznika medycznego (3000-2500 p.n.e.)

opisuje metodę zszywania brzegów rany

Pierwsze szwy chirurgiczne 30000 p.n.e. ?

NATNEWS, 1983, 20(5): 15–7 ; www.touregypt.net/edwinsmithsurgical.htm#Case%20Twenty-Seven

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

Przed cywilizacją ….

Kennewick Man,

Waszyngton, USA,

datowany na 9000 lat,

wszczep w tkankę kostną talerza biodrowego

BIOMATERIAŁY WCZORAJ I DZIŚ

Implanty zębowe w wczesnych cywilizacjach

2500 r.p.n.e Egipcianie, Rzymianie,

Chinczyczy i Astekowie, Majowie

drewno, złoto, kość słoniowa, perły,

kamienie szlachetne

ubytki w tkance kostnej i zębinie

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY WCZORAJ I DZIŚ

Hallowell 1759 – połączenie zranionej arterii przy pomocy drzewa i nici;
1860r. - wprowadzenie aseptyki do praktyki klinicznej :

 Ignaz Semmelweis (1847) dezynfekcji rąk roztworu chloru w klinikach

położniczych

 Joseph Lisner - środek dezynfekcji uważał Lister kwas karbolowy (fenol).

Zalecał stosowanie tego środka w czasie zabiegów i operacji w formie
rozpylonego aerozolu (1867).

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY WCZORAJ I DZIŚ

Początek XX wieku – sztuczne materiały do leczenia

1904-1926 – stalowe śruby, druty, płytki do osteosyntezy;

Po II wojnie światowej – epoka chirurgów bohaterów

Sir Harold Ridley – soczewki wewnątrzgałkowe

T.Gluck, M.N. Smith-Petersen, J.Charnley 1920-1950

protezy stawu biodrowego

Albert Hyman 1932 – 1rozrusznik serca

A.Carrel, Blackmore 1942 – pierwsze protezy naczyń

J.Hopps 1949 – rozrusznik serca

C.Hufnagel 1952 – rozrusznik serca

W.Kloff 1957 (w Rosji 1930) – sztuczne serce

J.Gibbon 1964 – 1 płuco-serce

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY WCZORAJ I DZIŚ

Od lat 50 XX wieku – wprowadzanie nowych biomateriałów:

materiały polimerowe, ceramiczne, węglowe i kompozyty

1940r. – 1 stop tytanu wykorzystany w ortopedii

1954r. – silikony jako membrany dializacyjne

1958r. – teflon do pomp insulinowych (Goretex teflon- protezy naczyniowe)

1959r. Akutsu – poliuretany na zastawki serca

Lata 60 XX wieku – powstanie dziedziny inżynieria biomateriałów

1960r. – hydrożele na soczewki kontaktowe

1971r. poly (laktyd/glikolid) PLA/PGA – do zastosowań ortopedycznych,

dopiero w 1991r. Prof. Robert Langer - zastosowanie na stenty naczyniowe

1969r. Levitt – hydroksyapatyt do zastosowań ortopedycznych

1969r. Hench/1976r. – bioszło (45% SiO

) w ortopedii

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

NAJNOWSZA HISTORIA

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY – pierwsza generacja od 1950r.
CEL: Bioobojętność

 Materiały dobierane przypadkowo
 Sukcesy przypadkowe a nie planowane

Przykłady:
drewno, złoto, stal, kość słoniowa, sztuczne naczynia krwionośne
wykonane z materiałów, przeznaczonych na spadochrony np.nylon

BIOMATERIAŁY – druga generacja od 1980r.
CEL: Bioaktywność

 zaawansowane materiały zapożyczone z innych dziedzin
 implanty projektowane dla medycyny, współpraca lekarzy i inżynierów

Przykłady:
stopy tytanu, stopy Co-Cr, Mo, polietylen wysokocząsteczkowy,
bioceramika, sztyczny staw biodrowy, rozrusznik serca

BIOMATERIAŁY – pierwsza generacja od 2000r.
CEL: Bioaktywność i regeneracja tkanek

 Bioinżynieria materiałów, materiały projektowane w celu wywołania
określonej reakcji komórkowej,
 Bioinżynieria powierzchni,
 Biomimetyczna mirostruktura,

Przykłady:

• integra – sztuczna skóra,
• resorbowalny cement kostny,
• inżynieria tkankowa w stomatologii

i leczeniu ubytków chrząstki i kości,

• narządy hybrydowe, immunoizolacja komórek
• biosensory, nośniki leków i genów
• podłoża 3D do hodowli tkanek – inżynieria tkankowa
• nanotechnologie, nowe materiały i technologie, medycyna regeneracyjna

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY

Wykład nr 2

BIOMATERIAŁY zapotrzebowanie