Biomateriały

Materiały dla Medycyny

Spis treści

• Inżynieria biomateriałów – dziedzina

wiedzy

• Definicja biozgodności i biomateriału –

podejście tradycyjne i nowoczesne

• Istota zjawiska biozgodność – jak rozumieć

biozgodność

• Reakcja około ciała obcego FBR

• Metody badań biozgodności – metody

badania odpowiedzi materiału

(degradacja), metody badań biologicznych

(odpowiedź biologiczna)

Spis treści cd.

• Tworzywa do konstrukcji biomateriałów
• Polimery
• Metale i stopy
• Ceramika
• Węgiel
• Właściwości fizyczne w porównaniu z

parametrami tkanek

• Kompozyty i nanokompozyty

Spis treści cd.

• Nanomedycyna – nanotechnologie,

nanomateriały w medycynie

• Inżynieria tkankowa
• Medycyna regeneracyjna

Biozgodność definicje

• Biomateriał jest biozgodny jeżeli

nie wywołuje w tkankach
działania:

•         drażniącego
•         immunologicznego
•         alergicznego
•         kancerogennego

Biozgodność - definicje

• 1. Biozgodny – nietoksyczny, nie

wywołujący zmian chorobowych i

patologicznych w żywym organizmie.

• 2.

Zdolność do wywoływania przez

materiał odpowiedzi gospodarza,

adekwatnej do jego (implantu)

przeznaczenia.

Definicja biozgodności

Biozgodność do zdolność materiałów do

wykonania określonej funkcji w
zależności od terapii medycznej bez
wywoływania jakichkolwiek efektów
niepożądanych lokalnych lub
systemowych.

Biozgodność to zdolność biomateriałów

do wywoływania reakcji tkankowej lub
komórkowej najbardziej pożądanej z
punktu widzenia stosowanej terapii
medycznej.

On the mechanisms of biocompatibility, D.F.Williams, Biomaterials 2008.

R

e

ko

n

st

ru

k

cja

R

e

g

e

n

e

ra

cja

• Rodzaj tkanek do jakich są przeznaczone

( kość, chrząstka..)

• Reakcję pomiędzy tkanką i biomateriałem

(inertne, resorbowalne, degradowalne)

• Dziedzina medycyny

(implanty dla

okulistyki, laryngologii, stomatologii,
chirurgii kostnej, kardiochirurgii…)

• Czas kontaktu z tkankami

(czasowe,

permanentne)

• Materiały do rehabilitacji ora protezy,

ortezy, epitezy

Klasyfikacja i podział biomateriałów

ze względu na:

Definicje

Biomateriał to każda substancja,

inna niż lek lub kombinacja

substancji syntetycznych i

naturalnych, która może być
użyta w dowolnym okresie, a

której zadaniem jest uzupełnienie

lub zastąpienie narządu, albo

jego części lub przejęcie czasowe

lub na stałe jego funkcji.

Biomateriał

Materiał prosty lub złożony (materiały

syntetyczne lub syntetyczne i

naturalne), wytwarzany w celu

kontrolowanego oddziaływania z

biosystemem (w żywym organizmem)

stosowany w terapii lub diagnostyce

medycznej to biomateriał.

D.F.Williams, Biomaterials 2009

BIOMATERIAŁY

Biomatriały

regeneracyjne

rekonstrukcyjne

Materiały syntetyczne -

Biomateriały

• Rekonstrukcja zawsze wiąże się z obniżeniem

właściwości leczonej tkanki

• Regeneracja prowadzi do całkowitej odbudowy

zniszczonej tkanki

Biomateriały to

• biomateriały do regeneracji i

rekonstrukcji

• sztuczne narządy
• nośniki leków
• biosensory

Biomateriały;

• Stosowane w diagnostyce lub terapii czyli

wytwarzane dla potrzeb medycyny

• Wykonane z materiałów pochodzenia

naturalnego lub syntetycznego

• Przeznaczone do kontaktu z żywym

organizmem lub jego elementami

• Wytwarzane w celu wywołania określonej

reakcji żywego organizmu

Co to jest kompozyt?

• … to złożony materiał, który składa się

z dwóch lub więcej faz o odmiennych

właściwościach a którego właściwości

stanowią wypadkową właściwości

poszczególnych składników.

• … to materiał, którego parametry

możemy zaprojektować i obliczyć.

• … to materiał w którym każda z faz

pełni określoną funkcje.

Materiały mogą sprostać stawianym im

wymaganiom jeżeli są tworzywami

kompozytowymi.

Kompozyty mogą być tworzywami

wielofunkcyjnymi i inteligentnymi.

Główne typy kompozytów

Kompozyty to materiały w których osnowa;
• 1. zawiera włókna ciągłe lub krótkie
• 2. zawiera cząstki kuliste lub płytkowe
• 3. pokryta jest warstwą innego materiału

Czyli kompozyty;
• Włókniste
• Cząstkowe
• Warstwowe

Nanokompozyty - definicja

• Nanokompozyty to materiały wykonane z

dwóch faz z których jedna występuje w
dyspersji nanometrycznej

• Nanokompozyty polimerowe to materiały

polimerowe zawierające nanocząstki w
dyspersji nanometrycznej, których ilość nie
przekracza kilku procent wagowych
tworzywa.

Przykłady nanokompozytów dla

potrzeb medycyny

(zastosowania aktualne i potencjalne)

• Materiały opatrunkowe
• Materiały implantacyjne dla chirurgii

kostnej

• Podłoża tkankowe
• Układy stosowane w dozowaniu

leków

• Bakteriobójczy sprzęt medyczny,

wyposażenie sal operacyjnych

szpitali, odzież medyczna

Nanocząstki (rodzaje)

zastosowane do biozgodnych matryc polimerowych

przykładowe zastosowania i możliwości zastosowań

• Nanocząstki ceramiczne - poprawa parametrów

mechanicznych

• Nanokrzemionka w wypełnieniach

stomatologicznych - eliminacja skurczu tworzywa

• Nanocząstki bioaktywne – biozgodność z tkanka

kostną

• Nanocząstki magnetyczne- poprawa wizualizacji

diagnostycznej

• Nanoczastki krzemianowe – modyfikacja czasu

resorbcji matryc degradowalnych (katalityczny

wpływ grup hydroksylowych wprowadzanych na

powierzchni nanofazy)

Nanokompozyty w medycynie

podsumowanie

• Modyfikacja parametrów odpowiedzialnych za odpowiedź

komórkową (niedostępne dla innych tworzyw)

• Modyfikacja właściwości; mechanicznych, elektrycznych,

magnetycznych, wpływ na czas degradacji i szereg innych
parametrów użytkowych

• Wprowadzenie do zastosowań medycznych biopolimerów,

dotychczas niewykorzystywanych w medycynie

Powierzchnie nanostrukturalne

nanokompozyty warstwowe

• Nanocząstki bioaktywne na

powierzchniach materiałów
inertnych

• Powierzchnie o chropowatości w

skali nano

• Nanowłókna nanoszone na lite

powierzchnie (polimerowe,
ceramiczne)

Nanocząstki w medycynie

• Konstrukcja implantów

(biomateriałów),
nanofunkcjonalizacja powierzchni

• Nośniki leków
• Biosensory
• Wielofunkcyjne platformy nano
(właściwości nanofazy)

Kompozyty w inżynierii

biomateriałów

Materiały do rekonstrukcji
• Implanty konstrukcyjne

(głównie włókniste)

• Implanty

osteoindukcyjne

(warstwowe i cząstkowe)

• Implanty atrombogenne

(warstwy, powłoki)

• Implanty odporne na

ścieranie i korozje

(warstwowe)

Materiały do regeneracji
• Struktura odpowiadająca

budowie macierzy

zewnątrzkomórkowej

• Układy wieloskładnikowe

modyfikowane

biologicznie i chemicznie

• Układy wysoko-

porowate, włókniste o

specyficznych

właściwościach

adhezyjnych

Bioaktywne

molekuły

komórki

Idea implantu do regeneracji tkanki;

1. Podłoże tkankowe o budowie

inspirowanej strukturą macierzy zewnątrzkomórkowej

(zastępowanej tkanki)

(Funkcjonalizowane aktywnymi biomolekulami, zasiedlone

komórkami)

2.Membrana typu; space maker- ochrania przed niepożądanym

wpływem środowiska zewnętrznego

Biomimetyczny, inteligentny

biomateriał

Aktywne

biomolekuły

Materiał

Inżynieria tkankowa

Materiał

+komórki

+ aktywne

molekuły

Komórki

Regeneracja tkanki

Nano w medycynie

• Nanocząstka, lek, nawigacja

• Nanoczastki magnetyczne

hipertermia

Wiedza w zakresie;

• Konstrukcji wybranych implantów
• Doboru materiału w zależności od

rodzaju implantu

• Porównania właściwości

poszczególnych grup materiałowych

• Perspektyw rozwoju materiałów

nowoczesnych

• Producentów krajowych i

zagranicznych