Bioaktív üveg

A bioaktív üveg (más néven bioüveg ) szilikátüveg alapú, üveges mátrixból és mikrokristályokból álló biológiailag aktív anyag , amelyet a csontok helyreállítására használnak. A bioaktív üvegek olyan kerámiák, amelyek kölcsönhatásba léphetnek a testszövetekkel [1] . Az integrációt követően, nyállal vagy bármilyen fiziológiás folyadékkal érintkezve, a bioüvegek hozzájárulnak a karbonizált hidroxiapatit réteg kialakulásához és a sérült szövetek endogén remineralizációjának aktiválásához [2] .

A bioaktív üvegeket főként szilícium-dioxidból állítják elő , egyéb oxidok hozzáadásával . A legismertebb bioüveg készítmény a Bioglass 45S5, amely szilícium-dioxidból, nátrium- oxidból , kalcium-oxidból és foszfor-pentoxidból készül . A legújabb fejlesztések lehetővé teszik bioaktív bór-oxid alapú üvegek előállítását [3] és poliészter adalékanyagok alkalmazását [4] .

Találmányok

Első felfedezések

Bioglass

Feltalálta a bioaktív üveget Larry Hench amerikai tudós ( angolul  Larry L. Hench ). Lenyűgözte a vietnami háborúból nemrég visszatért ezredessel folytatott véletlen beszélgetés a sebesültek végtagjainak megmentését segítő orvosi technológia hiányáról, Hench olyan bioanyagok kidolgozásába kezdett, amelyeket az emberi test nem utasít el. Ismertek módszerek a sérült csontszövet implantátumokkal történő rekonstrukciójára , de a probléma az implantátum anyaga volt, amelynek biológiailag kompatibilisnek kell lennie a szövettel. Kezdetben előnyben részesítették a biológiailag inert anyagokat - korrózióálló fémeket, műanyagokat és kerámiákat. Az olyan anyagok, mint a titán és ötvözetei , a rozsdamentes acél , a kerámia nem mérgezőek és ellenállnak a szervezet biokémiai hatásainak. A bioinert anyagok azonban nem találtak széles körű alkalmazást a rekonstrukciós sebészetben, mivel nincsenek olyan bioaktív bevonatok, amelyek kizárják az elkerülhetetlen kilökődési reakciókat [5] .

Hench csapata azt találta, hogy a hidroxiapatit rendkívül erős kötést képez a csontvázzal, és a csontok fő ásványi összetevője . Különféle hidroxiapatit alapú kompozíciókkal végzett kísérletek során kiderült, hogy serkenti az oszteogenezist és fontos szerepet játszik a szervezetben a kalcium-foszfát anyagcsere szabályozásában, és a kívánt tulajdonságokat úgy érhetjük el, ha az anyagot porózus üveggé formázzuk [6] .

1969 -ben üvegmintát nyertek , amelynek komponenseinek molekulatömeg-aránya: , később Bioglass 45S5 néven. Ted Greenlee, a Floridai Egyetem ortopédiai sebészeti adjunktusa patkányokba ültette be a mintákat. Hat héttel később Greenlee felhívta Hench-et, hogy a mintákat nem lehet visszakeresni [2] .

Így Larry Hench olyan eredményt tudott elérni, amelyben a kapott anyag olyan szilárdan integrálódott a csontba, hogy nem lehetett eltávolítani a csont sérülése nélkül [7] . Hench 1971 -ben publikálta első tanulmányát a témában a Journal of Biomedical Materials Research folyóiratban . Laboratóriuma a következő 10 évben tovább dolgozott a projekten az amerikai hadsereg folyamatos finanszírozásával . 2006-ra már több mint 500 cikket publikáltak a bioaktív üvegekről a világ tudósai [2] .

A tudomány fejlődése

A bioaktív üveg 1969-es felfedezése után számos kutató kezdeményezte a bioanyagokkal foglalkozó nemzetközi szimpóziumok sorozatát, amelyek elsősorban a rekonstrukciós sebészeti anyagokra összpontosítottak. Ahogy ezek a szimpóziumok egyre népszerűbbé váltak, felmerült az ötlet egy bioanyagokra szakosodott szervezet létrehozására. A Biomaterials Társaságot hivatalosan 1974 áprilisában hozták létre az USA-ban [8] . 1976 márciusában hasonló társaságot ( The European Society for Biomaterials ) hoztak létre Európában [9] .

A bioüveg fejlődési szakaszait feltételesen négy periódusra osztjuk [10] :

  1. a felfedezések kora (1969-1979);
  2. a klinikai felhasználás korszaka (1980-1995);
  3. a szövetek regenerációjának korszaka (1995-2005);
  4. az innováció korszaka (2005 - következő évek).

Az 1980-as évekig a kutatások a bioüveg ortopédiai és fogászati ​​felhasználására összpontosítottak a sérülésből vagy betegségből eredő csonthibák kezelésére. További vizsgálatok kimutatták, hogy a bioüveg lebomlásából származó oldódási termékek nemcsak az oszteogenezist, hanem a porcképződéshez vezető porcképződést is képesek serkenteni . A bioüveg kölcsönhatását a lágy kötőszövetekkel először 1981-ben mutatta be Dr. John Wilson kutatócsoportja [11] .

Új irányok

Borát szemüveg

A bioaktív üveg gyártásához használt új készítmények létrehozásához használt alapkészítmények főként szilícium-dioxid mátrixon alapultak . A legtöbb kereskedelmi forgalomban kapható bioaktív szemüveg fő komponensként tartalmazza. Az ilyen szilikát alapú bioüvegekben a kötési mechanizmus a módosító oxidok ( és ) jelenléte miatti részleges feloldódás , ami szilikagél réteg kialakulásához, majd a kalcium-foszfát réteg kicsapódásához vezet . Más üvegképző komponensek vizsgálatakor a borátüvegeket vettük figyelembe. Viszonylag olvadékonyak, sokkal kisebb viszkozitásúak, mint a szilikátüvegek, és rugalmassági modulusuk jellemző, ami a magas alkáli-oxid-tartalmú üvegeknél a legmagasabb. A tiszta borátos poharak megjelenésével vizsgálatuk megkezdődött az orvosbiológiai gyakorlatban [12] .

Marina Nathalie Camille Richard volt az első, aki megvizsgálta a bioüveg helyettesítését [12] .  Richard 2000-ben a hidroxiapatit képződési sebességét vizsgálta az első borátüveg esetében a 45S5-höz hasonló, de szilícium-dioxidot nem tartalmazó összetételben, összehasonlítva a kis mennyiségű kristályos fázist tartalmazó 45S5 üveg alapösszetételével. A hidroxiapatit üvegen történő képződésének felmérésére sejtmentes folyamatot modelleztek. Az eljárás során borátüveg részecskéket reagáltattak különböző molaritású foszfátoldatban 37 °C hőmérsékleten. A hidroxiapatit képződését mindkét pohár esetében a legjobban 0,1 M foszfát oldatban figyeltük meg. A reakciótermékeket röntgendiffrakcióval , infravörös spektroszkópiával , pásztázó elektronmikroszkópiával , energiadiszperzív spektroszkópiával és induktív csatolású plazma tömegspektrometriával vizsgálták . A sejtmentes modell eredményei pozitívak voltak, és további vizsgálatok követték a borát bioüvegen. MC3T3-E1 csontsejtek felhasználásával in vivo kísérleteket végeztek , amelyek sikeresen kimutatták a csontszövet növekedését a borátüveg részecskék körül, ami nagyon hasonlít a Hench 45S5 üvegmintájában tapasztalt szövetnövekedéshez. Az első szilícium-dioxid-mentes üvegkompozícióval elért sikeres biológiai aktivitást más kompozíciók alapjául vették [3] [12] .

A Missouri Tudományos és Technológiai Egyetem kutatói ,  Steve Jung és Delbert Day különféle összetételű bioaktív üvegek biológiai folyadékokra (különösen a vérre) gyakorolt ​​hatását tesztelték .  A 13-93B3 elnevezésű borát bioüveg egyik mintája kalcium-oxidot tartalmazott . Tömegegyenértékben kifejezett összetétele a következő összetevőket tartalmazza [13] : .

Az új találmány azon alapult, hogy a szervezet képes speciális fehérje - fibrin - rostokat képezni a sérült szöveteken, amelyek megállítják a vérlemezkék képződését és a vérrög vázát képezik . A projekt célja egy olyan bioüveg létrehozása volt, amely a fibrinrög mikroszerkezetét utánozza. A 13-93B3 összetételéből a tudósok 300 nm -től 5 mikronig terjedő méretű nanoszálakat készítettek nagy plaszticitással. Az új anyag a DermaFuse nevet kapta [13] .

Laboratóriumi állatokon végzett tesztelést követően 2011-ben klinikai vizsgálatokat végeztek a Phelps megyei regionális egészségügyi központban (Missouri, USA) a sebfertőzés miatti amputáció veszélyének kitett betegeken. Egyes betegek lábvénás fekélyei voltak, amelyek egy évnél tovább nem gyógyultak. A sebek kezelésére DermaFuse nanoszálas betéteket használtak. Mind a tizenkét , amputációra utaló cukorbeteg szignifikáns javulást és sebgyógyulást mutatott, hegesedés nélkül, vagy alig . Ezenkívül a DermaFuse károsnak bizonyult az E. coli , a Salmonella és a Staphylococcus baktériumok számára [14] .

Poliészter alkatrészek

A bioaktív üvegek használatának korlátozó tényezője az alacsony szilárdság, a törékenység és az ütési szilárdság , ami nem teszi lehetővé, hogy nagy terhelésű termékek készítésére használják őket.

2016-ban a Londoni Imperial College és a Milánói Bicocca Egyetem kutatói egy új bioüveget fejlesztettek ki, amely teherbíró és ütéselnyelő , így utánozza az élő porcok fizikai tulajdonságait. Kvarcot és polikaprolaktont használ  , amely biológiailag lebomló , alacsony olvadáspontú poliészter . A polikaprolakton fizikai tulajdonságai nagyon közel állnak a porcszövet tulajdonságaihoz, kellő rugalmassággal és szilárdsággal rendelkezik. Az injekció utáni kívánt alakú 3D - nyomtatott struktúrák elősegítik a porcsejtek növekedését és regenerálódását. A biológiailag lebomló implantátum lehetővé teszi a páciens súlyának megtartását, és lehetővé teszi a járást anélkül, hogy további fémlemezekre vagy egyéb implantátumokra lenne szükség [15] [4] .

Genetikai elmélet

A bioüveg segítségével a szöveti regeneráció beindításának problémájára is próbálnak megoldást találni a tudósok a szervezet helyreállítási folyamatainak aktiválása révén.

A bioaktív üvegből az oldódáskor felszabaduló ionok regenerálódásra és önjavításra serkentik a sejtgéneket.

- Genetikai elmélet  - Larry Hench

A javasolt elmélet a gyakorlatban sokáig bizonyítatlan maradt. Az elmélet bizonyítékát DNS microarray kutatással szerezték be . A bioaktív üvegeken végzett első mikroarray-vizsgálatok kimutatták, hogy milyen hatással vannak az oszteoblasztok növekedésével és differenciálódásával kapcsolatos gének aktiválására . Az extracelluláris mátrix támogatását és a sejt-sejt és sejt-mátrix adhézió stimulálását a kondicionált sejttenyésztő tápközeg, amely bioaktív üvegoldódási termékeket tartalmazott [16] .

Öt in vitro modell vizsgálata DNS-mikromátrixokkal öt különböző szervetlen ionforrás felhasználásával kísérleti bizonyítékot szolgáltatott az oszteogén stimuláció genetikai elméletére. A biológiailag aktív ionok szabályozott felszabadulása bioaktív üvegekből hét géncsalád felszabályozását és aktiválását eredményezi az oszteoprogenitor sejtekben , amelyek gyors csontregenerációt okoznak. Larry Hench úgy vélte, hogy ez lehetővé tenné a génaktiváló szemüvegek új generációjának kifejlesztését, kifejezetten szövetsebészet és in situ szövetregeneráció céljára. Eredményei azt is jelzik, hogy az alacsonyabb koncentrációjú ionok szabályozott felszabadulása bioaktív üvegek oldódása során felhasználható az angiogenezishez [17] .

Lúgmentes bioüvegek

Bár a 45S5 készítményen alapuló készítményeket klinikailag több mint 1,5 millió betegnél alkalmazták, ezek nem mentesek a hátrányoktól. A magas lúgtartalom miatt többek között:

E hiányosságok kiküszöbölésére diopszid- , kalcium-fluorid-foszfát- és trikalcium-foszfát -alapú , különböző arányban kombinált alkálimentes készítmények új sorozatát fejlesztették ki. Így például a 70-Di-10FA-20TCP nevű kompozíció lehetővé teszi, hogy a Bioglass 45S5-tel ellentétben bármilyen szükséges méretű csontszövethez "állványzatot" készítsen.

70-Di-10FA-20TCP :

Ennek az anyagnak a szuszpenziójának savassága és részecskemérete alacsonyabb, ami lehetővé teszi az oldódás csökkentését a kívánt határértékekre. A legjobb szinterezhetőség biztosítja a teljes tömörödést a kristályosodás előtt, és lehetővé teszi a kompozíció jobb mechanikai szilárdságát. Az in vitro sejtreakciók jó sejtéletképességet és a csontmátrix szintézis szignifikáns stimulációját mutatták, ami az anyag esetleges csontszövet-regenerációra való felhasználására utal [18] .

Radiopaque bioüvegek

A kontrasztanyagokat a röntgendiagnosztikában a vizualizáció javítására használják . Klasszikus összetételű bioaktív üvegekkel végzett csontszövettel végzett munka során nehéz javítani a sugárzási kutatási módszerek eredményeinek megjelenítését. A radiopaque bioüvegeket a kompozícióban további oxidok jelenléte különbözteti meg, amelyek lehetővé teszik az üvegnek a kompozit anyagok radioaktív töltőanyagaként való használatát [19] . A fogászatban radiopaque komponensként használható .

Példák:

Az ilyen készítmények azonban alacsony radiopacitási értékekkel rendelkeznek. Ezenkívül a bárium-oxid mérgező, és csökkenti az üveg vegyszerállóságát. Az egyik megoldás az, hogy bárium-oxid helyett volfrám-oxidot használnak, és egy második radiopaque komponenst, a stroncium-oxidot használnak a radiopacitás növelésére. Ezenkívül növeli a vegyszerállóságot és csökkenti a szemüveg toxicitását.

Példa:

összesen 20-30% stroncium-oxiddal és volfrám-oxiddal [20]

Felállások

A bioaktív üveg alapvető összetételei:

  • 45S5:
  • 58S:
  • 70S30C:
  • S53P4:

Az S53P4 egy bioaktív üveg, amely gátolja a baktériumok növekedését [21] .

Getting

Képlet kiválasztása

A bioüveget különféle formákban nyerik: részecskék, granulátumok , por , pellet [27] . Az üvegképző anyag és a lúgos komponensek arányának megváltoztatásakor a bioüveg tulajdonságai a maximális bioaktivitásról a bioinertségre változnak:

A. , B. : - biológiailag aktív üveg, csonthoz kötődik, egyes vegyületek lágyszövetekhez kötődnek;
  • Az A osztályú bioszemüvegek oszteoproduktívak. Lágyszövetekhez és csontokhoz egyaránt kötődnek. A hidroxiapatit réteg néhány órán belül kialakul.
  • A B osztályú bioszemüvegek csontvezetők. Nem kötődik a lágy szövetekhez. A hidroxiapatit réteg kialakulása egytől több napig tart.
C. : - az üveg nem bioaktív, szinte inert, rostos szövetbe záródik; D. : - biológiailag aktív üveg, 10-30 napon belül felszívódik; S. : at - nem képződik üveg [10] .

Anélkül, hogy nagy hatással lenne a bioüveg és a csontszövet közötti kötés kialakulására, egyeseket helyettesíthet, másokat pedig . Ezen túlmenően egy bizonyos mennyiség helyettesíthető a -val , ami megváltoztatja az üveg felszívódási sebességét. Anyagfeldolgozás megkönnyítésére, vagy hozzáadható . Az alumínium-oxid azonban gátolja az üveg beépülését a szövetbe, így térfogata az anyagban 1-1,5%-on belül korlátozott [10] .

Módszerek lekérése

A bioaktív üveg és kompozitjai előállításának fő módszerei a por, a szol-gél eljárás [28] [29] , az olvadékoltás (beleértve a hagyományos olvadékhűtést is ), az önszaporító magas hőmérsékletű szintézis és a mikrohullámú besugárzás [30] .

A pormódszer három fő szakaszból áll: az alapanyagok por formájú előkészítése, a munkadarab préseléssel történő kialakítása, valamint az anyag sűrűségének és szilárdságának növelésére szolgáló hőkezelés. Gyakran alkalmaznak melegsajtolást és izosztatikus préselést. A sajtolási folyamat során a polikristályos anyag atomjainak diffúziója és az amorf üveg viszkózus áramlása következik be [28] .

Kémiai módszereket is alkalmaznak a nagy molekuláris homogenitás (homogenitás) és terméktisztaság eléréséhez. Az egyik ilyen módszer a szol géllel történő átalakítása, amelyet habos és porózus bioaktív üvegkerámiák előállítására használnak. A szol-gél eljárás során a szilícium-oxid hidrolízise kolloid oldat képződésével, majd ezt követő polimerizációja kondenzációs reakcióban gélképződéssel történik. A gél szárításához és megkeményedéséhez nincs szükség olyan magas hőmérsékletre, mint a [28] préselésnél .

Larry Hench csapata elkészítette az első 45S5 kompozíciót olvadékoltással [10] és szol-gél eljárással [31] :

  • az első lépésben a reagenseket szobahőmérsékleten keverjük össze (a hidrolízis és a polikondenzáció egyszerre megy végbe, amíg az oldat homogenizálódik );
  • 2. szakasz - gélesedés;
  • hőkezelés 60 °C-on a száradás közbeni repedések megelőzése érdekében (a gélt a porozitás csökkenése, valamint a mechanikai szilárdság jelentős javulása jellemzi);
  • 4. szakasz - szárítás, hogy eltávolítsuk a folyadékfázist a pórusokból 120 °C és 140 °C közötti hőmérsékleten;
  • az ötödik lépésben a szárított gélt magas hőmérsékletű hőkezelés során stabilizálják - körülbelül 700 °C [11] .

A mikrohullámú módszer abból áll, hogy a prekurzorokat ionmentesített vízben oldják, és ultrahangos fürdőbe helyezik besugárzás céljából. A besugárzás eredményeként por keletkezik, amelyet ezt követően szárítanak és kalcinálnak. Ez a módszer rövid reakcióidőt vesz igénybe, és monofázisos nanoméretű porok előállítására használható [30] .

2009-ben technológiát fejlesztettek ki bioüveg nanoszálak lézeres "pörgetéssel" történő előállítására. Kis mennyiségű nyersanyagot megolvasztanak egy nagy energiájú lézerrel, hogy ultravékony filamentet állítsanak elő, amelyet azután megnyújtanak és erős gázárammal lehűtnek. A technológia előnye a folyamat gyorsasága, néhány mikroszekundum alatt nanoszálak keletkeznek. A módszer tized-század mikron átmérőjű üveg nanoszálak előállítását teszi lehetővé. A lézeres "pörgetés" fő hátránya, hogy a gyártási folyamat során sok energia fogy [32] .

Tulajdonságok

A bioaktív üveggel szemben támasztott fő követelmény a kémiai, mechanikai és biológiai jellemzők adott szintjének való megfelelés. A kompozícióknak adott szilárdsággal, repedésállósággal, kopásállósággal és kifáradásállósággal kell rendelkezniük. A szövetekkel való integráció során az oszteoszintézis és a biokompatibilitás serkentése érdekében az immunrendszer nem reagálhat [24] .

Kémiai tulajdonságok

A bioüveg fő előnye és állandó tulajdonsága a korrózió hiánya. Az anyag összetétele és felhasználási módja két fő paramétert szabályoz:

  • Képes kölcsönhatásba lépni a test célterületeivel, kiküszöbölve a szövetekkel és intersticiális folyadékokkal való nem kívánt kémiai reakciókat.
  • Ellenőrzött sebességű oldódási képesség a kicserélt szövet képződésére előírt becsült idő betartásával [24] .

Mechanikai szilárdság

A biokerámiák , bioüvegek és bioszitalok mechanikai szilárdsági mutatói, beleértve a kifáradási szilárdságot és a repedésállóságot , jelentősen, 10-100-szor alacsonyabbak, mint a természetes csontszöveteké. Ez korlátozza a bioaktív üvegből készült szerkezet alkalmazásának lehetőségét egy sérült csontszövettel rendelkező szerv rekonstrukciójára. A bioüveget nem segédanyagként, hanem fő anyagként csak olyan csontokhoz használják, amelyek nem hordoznak jelentős élettani terhelést [5] . Ilyen például az elektródák beültetése a hallás helyreállítására a hallóideg károsodása esetén vagy a foggyökerek helyreállítása [24] . A bioüveget általában polimerekkel és fémekkel kombinálják. Egy meghatározott receptúra ​​és gyártástechnológia mellett bioaktív üveget lehet előállítani kívánt porózus szerkezet formájában, meghatározott cellaméretekkel és azok orientációjával. Az ilyen üvegek töltőanyagként vagy bevonatként szolgálhatnak felszívódó polimerekben – olyan anyagokban, amelyek fokozatosan lebomlanak, és a gazdaszervezet természetes szövetei helyettesítik őket. A kapott kompozit anyagok rugalmassági indexei megfelelnek a csont rugalmassági állandóinak [28] .

Az üvegképző oxidok olvadékának speciális hőmérsékleti viszonyok mellett történő lassú lehűtése lehetővé teszi az üveg részleges kristályosítását (ebben az esetben leggyakrabban kalcium-metaszilikát  - wollastonit képződik ) és vegyes, üvegkerámia anyagok - biocetálok előállítását, amelyek az üvegekhez képest jobb mechanikai jellemzőkkel rendelkeznek. A bioüveg hőkezelése csökkenti az illékony alkálifém-oxid tartalmát és apatit kristályokat csap ki az üvegmátrixban. A kapott üvegkerámia anyag mechanikai szilárdsága nagyobb, biológiai aktivitása viszont kisebb [25] .

Biológiai aktivitás

A "biológiai aktivitás" fogalma egy szintetikus anyag azon képességét jelenti, hogy aktívan kölcsönhatásba léphet a környező szövetekkel, és közvetlen kapcsolat jön létre velük. Ha olyan biológiailag aktív anyagot használunk, amelyek olyan anyagokon alapulnak, amelyek kémiai és fázisösszetételükben kezdetben hasonlóak a csontszövethez, vagy képesek ilyen anyagokat képezni a felületükön a környező szövetekkel és testnedvekkel való kölcsönhatás biomimetikus folyamatai eredményeként, az anyagot a test szinte olyan, mint a saját szövete [5] . A legfontosabb elem, amely a bioüveget rendkívül bioaktívvá teszi, a szilícium . Az intersticiális folyadékban lévő bioüveg hidrolízise vékony, gélszerű kovasavréteg képződéséhez vezet az implantátum felületén. A kovasavréteg felületének negatív töltésű hidroxilcsoportjai a környező intersticiális folyadék oldatából vonzzák az ionokat , a felületi töltés pozitív lesz, majd foszforsav ionok rakódnak le a felületen  - a hidroxiapatit réteg megnő. Ennek eredményeként a bioüveg és a csont közötti átmeneti réteg akár 1 mm vastag is lehet, és olyan erős lehet, hogy bármely más helyen törés következik be, de nem a fúziós zónában [34] .

A bioaktív üveg az amorfizmus miatt sokkal gyorsabban köt kötést a csontszövettel, mint a biokerámia anyagok. Egy tetszőleges amorf hálózat sokkal gyorsabban oldódik fel és lép kölcsönhatásba az intersticiális folyadékkal, mint a kerámia anyag kristályrácsa . Ennek köszönhetően a hidroxiapatit gyorsabban képződik, mint más anyagok [28] .

A bioanyag összetételének megváltoztatásával a bioüveg bioaktivitása és felszívódási képessége széles tartományban megváltoztatható. Ha az anyag bioaktív, csontszövet képződik, ha bioreszorbeálódik, akkor az anyagot csontszövet váltja fel [24] .

Alkalmazás

A Bioglass 45S5 alapú Bioglasst kisméretű vagy enyhén terhelt implantátumokként használják a fogászatban és a maxillofacialis sebészetben . A Bioglasst a fogászatban és az ortopédiában használják olyan gyógyászati ​​anyagok előállítására, amelyek serkentik a csonthibák helyreállítását és megszüntetését, fogtömések kialakítására és fogkrémek gyártására. A 45S5 kompozit összetételével készült eszközöket Bioglass implantátumoknak nevezik. Részleges vagy teljes kristályosodás esetén ezeket Bioglass-Ceramic implantátumoknak nevezik [35] . A legsikeresebb kereskedelmi termékek közé tartoznak a bioüvegek: Cortoss, Rhakoss, NovaBone [7] .

Alkalmazások

Főbb források: [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [30]

A fogászatban

  • Parodontális hibák pótlására.
  • A kihúzott fogak üregeinek feltöltésére az alveoláris gerinc körvonalának sorvadásának megelőzésére .
  • Csonthibák pótlására cisztektómia után .
  • Implantátum rekonstrukcióhoz.
  • A foggyökér mélytömítésével .
  • Sinus liftinggel – műtétek a felső állkapocs csontjának felépítésére.

Az ortopédiában

  • Csontüregek feltöltésére ciszták , csontdaganatok , helyi csontritkulás esetén .
  • Eltávolított vagy sérült csont elemeinek pótlása műtétek, sérülések során.
  • A csigolyák elemeinek cseréje sérüléseknél, csontritkulásnál.

A sebészetben

  • Lágyszöveti sérülések és fertőzések gyógyítására.

Az idegsebészetben

  • Elveszett vagy sérült koponyacsont elemeinek pótlására műtétek, sérülések után.

A maxillofacial sebészetben

Az állatgyógyászatban

A bioaktív szemüvegek felhasználási területei folyamatosan bővülnek [27] , és aktívan fejlesztenek új, klinikai felhasználásra szánt termékeket [43] .

Mivel a bioüvegek mechanikai tulajdonságai rosszabbak, mint a csontszövet mechanikai tulajdonságai, ez nem teszi lehetővé alkalmazásukat tartócsont-implantátumok gyártásához. Ebben a tekintetben üvegeket használnak bioaktív üvegkerámia bevonatok kialakítására bioinert hordozókon [44] . Ugyanezen okból a 90-es évek közepe óta az üvegkerámia bevonatokat aktívan használják a fogászati ​​implantológiában. A bevonatok bármilyen bonyolultságú felületre felvihetők zománcozással, szol-gél rendszerből történő leválasztással, plazmával, rádiófrekvenciás, pulzáló lézeres leválasztással [45] , vagy üvegkötő- és csúszás - lerakó technológiával történő égetéssel. [46] .

Példák bioüvegek alkalmazására

A sebészek sokáig por alakban használták a bioüveget a csonthibák javítására, kis repedéseket kitöltve vele. 2010 óta ez a por a Sensodyne Repair and Protect fogkrém fő összetevője. Ez a bioaktív anyagok legelterjedtebb felhasználása [15] .

A Bioglass 8625 egy nátron-mész üveg, amelyet implantátumok tömítésére használnak. Az anyag jelentős vastartalmú, ami az infravörös sugárzást elnyelő tulajdonságának köszönhetően lehetővé teszi az anyag fényforrás alatti polimerizációját . A Bioglass 8625-öt leggyakrabban RFID transzponderházakban használják emberi és állati mikrochiphez [41] . Az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága (FDA) 1994-ben engedélyezte a Bioglass 8625 használatát embereken, mindössze négy évvel azután, hogy engedélyezték az állatok mikrochippel való felhasználására [47] .

A Dermafuse egy 13-93B3 alapú bioüveg, amelyet az orvostudományban és az állatgyógyászatban használnak. A készítmény nanoszálas törlőkendő formájában működik a lágyszöveti sebek hosszú távú kezelésére. Az ezen alapuló ragasztót kisebb sebek gyors kezelésére használják. A szövetekkel való érintkezéskor a ragasztó folyékonyból szilárd halmazállapotúvá változik, néhány másodpercen belül polimerizálódik, és lezárja a sebet [40] .

A Biogran Bioglass egy csontvezető anyag, amelyet a parodontális rendellenességek kezelésére használnak. A bioaktív granulátumok mérete 300-355 mikron tartományba esik , a szervezetben teljesen felszívódnak és a Krebs-ciklus hatására szétesnek . A csontszövet szemcsékről szemcsékre nő, gyorsan kitölti a hibát csontszövettel. Az új csonttal való teljes helyettesítés 9-12 hónapon belül megtörténik [48] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Medkov M. A., Grishchenko D. N. RU 2 690 854 C1 számú szabadalom "Módszer bórtartalmú bioaktív üveg előállítására" . Szövetségi Állami Költségvetési Tudományos Intézet Kémiai Intézet, az Orosz Tudományos Akadémia Távol-keleti Kirendeltsége (2019. június 6.). Letöltve: 2019. július 30. Az eredetiből archiválva : 2019. július 30.
  2. ↑ 1 2 3 Hench, LL A Bioglass története  //  Journal of Materials Science in Medicine. - 2006. - December ( 17. évf. , 11. sz.). - P. 967-978 . - doi : 10.1007/s10856-006-0432-z . — PMID 17122907 .
  3. ↑ 1 2 Marina N. Richard. A borátüveg bioaktív viselkedése  : [ eng. ] // Missouri Tudományos és Technológiai Egyetem. - 2000. - március. - P. 140. - Elektronikus OCLC # 906031023.
  4. ↑ 1 2 Mesterséges porcszövet bioüvegből . ENG News - Mérnöki hírek (2016. május 13.). Letöltve: 2019. július 31. Az eredetiből archiválva : 2019. július 31.
  5. ↑ 1 2 3 S.M. Barinov, V.S. Komlev. Kalcium-foszfát alapú biokerámia  : [ rus. ] . — RAS Kerámia Anyagok Fizikai és Kémiai Problémái Intézete. - M .  : Nauka, 2005. - ISBN 5-02-033724-2 .
  6. ↑ Mark Medovnik. Miből van? A csodálatos anyagok, amelyekből a modern civilizáció épül . - Liter, 2019. - ISBN 504011754X , 9785040117543.
  7. ↑ 1 2 Bartov M.S. Disszertáció "Új biotechnológiai megközelítések escherichia coliban mikrobiológiai szintézissel nyert rhBMP-2 fehérjén alapuló oszteoinduktív anyagok létrehozásához" . Az FSBI Szövetségi Epidemiológiai és Mikrobiológiai Kutatóközpont N.F. tiszteletbeli akadémikusról nevezték el. Gamalei (2015). Letöltve: 2019. július 30. Az eredetiből archiválva : 2019. július 30.
  8. ↑ A Társaságról  . A Bioanyagok Társasága. Letöltve: 2019. július 31. Az eredetiből archiválva : 2019. július 31.
  9. ↑ Az ESB  története . Európai Bioanyagok Társasága . Letöltve: 2019. augusztus 24. Az eredetiből archiválva : 2019. augusztus 24.
  10. ↑ 1 2 3 4 Bekir KARASU, Ali Ozan YANAR, Alper KOÇAK, Özden KISACIK. Bioaktív szemüvegek  : [ eng. ] // El-Cezerî Journal of Science and Engineering. - 2017. - 3. szám (július 15.). - S. 436-471. — ISSN 2148-3736 .
  11. ↑ 1 2 Elisa Fiume, Jacopo Barberi, Enrica Verné és Francesco Baino. Bioaktív szemüvegek: A szülő 45S5 összetételétől az állványzattal támogatott szövetgyógyító terápiákig // Journal of Functional Biomaterials. - 2018. - 24. szám (március 16.). - doi : 10.3390/jfb9010024 .
  12. ↑ 1 2 3 Mona A. Ouis, Amr M. Abdelghany, Hatem A. ElBatal. A bioüveggel módosított HA-Al2O3 kompozit szinterezési viselkedése és tulajdonságai // Szinterezés tudománya. - 2012. - Kiadás. 44. - S. 141-149. - doi : 10.2298/SOS1203265W .
  13. ↑ 1 2 3 Nanoszálas anyagot hoztunk létre, amely hatékonyan gyógyítja a sebeket . Nano News Net (2011. május 16.). Letöltve: 2019. július 31. Az eredetiből archiválva : 2019. július 31.
  14. ↑ Mo-Sci Corporation DermaFuse: Sikeres sebgyógyulás borát üveg  nanoszálakkal . Az American Ceramic Society (2011. április 28.). Letöltve: 2019. július 31. Az eredetiből archiválva : 2019. július 31.
  15. ↑ 1 2 David Cox. A jövő orvostudománya: Hogyan fogja a Bioglass forradalmasítani a sebészetet . BBC Future (2017. augusztus 7.). Letöltve: 2019. július 31. Az eredetiből archiválva : 2019. július 31.
  16. ↑ Subrata Pal. Mesterséges emberi ízületek és szervek tervezése . - Springer Science & Business Media, 2013. - P. 68. - 419 p. — ISBN 146146255X , 9781461462552.
  17. ↑ Larry L. Hench. Bioaktív üveg genetikai tervezése  . ScienceDirect® . Journal of the European Ceramic Society // 29. évfolyam (2009. április 7.). doi : S095522190800441X . Letöltve: 2019. augusztus 4. Az eredetiből archiválva : 2019. augusztus 4..
  18. ↑ 1 2 José MF Ferreira, Avito Rebelo. A tökéletes bioaktív üvegtől elvárt legfontosabb jellemzők – Milyen messze vagyunk még az ideális kompozíciótól?  : [ angol ] ] // Biomedical Journal of Scientific & Technical Research. - 2017. - szeptember 7. — ISSN 2574-1241 . - doi : 10.26717/BJSTR.2017.01.000335 .
  19. ↑ Medkov M. A., Grishchenko D. N., Kuryavy V. G., Slobodyuk A. B. Tungsten-containing radiopaque bioactive glasses: preparation and properties  = Institute of Chemistry FEB RAS // Glass and Ceramics. - 2018. - 8. szám (augusztus). - S. 40-45. — ISSN 0131-9582 .
  20. ↑ Pelesh A.M., Isobello Yu.N., Anyaykina N.P., Zhigar V.V., Isobello N.M., Myalik O.A. Radiopaque üveg, BY 13965 C1 szabadalom, 2011.02.28 . Fehéroroszország szabadalmi alapja (2011. február 28.). Letöltve: 2019. augusztus 7. Az eredetiből archiválva : 2019. augusztus 7..
  21. ↑ Mateus Trinconi Cunha, Maria Aparecida Murça, Stanley Nigro, Giselle Burlamaqui Klautau, Mauro José Costa. Az S53P4 bioaktív üveg in vitro antibakteriális hatása osteomyelitist és ízületi protézis fertőzést okozó multirezisztens kórokozókon  : [ eng. ] // BMC fertőző betegségek. - 2018. - 18. szám (április 3.). doi : 10.1186 / s12879-018-3069-x .
  22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Az orvosbiológiai mérnöki kézikönyv, 1. kötet Archiválva : 2022. április 7., a Wayback Machine , Joseph D. Bronzino, Springer, 2000 ISBN 3-540-66351-7
  23. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Bioanyagok és szövettechnika Archiválva : 2016. december 24., a Wayback Machine , Donglu Shi p. 27, Springer, 2004 ISBN 3-540-22203-0
  24. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Ígéretes, különleges funkciójú szervetlen anyagok. - Bioüveg kerámia felhasználása - előadások . Moszkvai Állami Egyetem Kémiai Kara. Letöltve: 2019. július 31. Az eredetiből archiválva : 2019. november 1..
  25. ↑ 1 2 Mérnöki anyagok orvosbiológiai alkalmazásokhoz Archiválva : 2013. május 28., a Wayback Machine , Swee Hin Teoh, p.6-21, World Scientific, 2004 ISBN 9812560610
  26. ↑ Afinogenov G.E. Ivancova, T.M. Lysenok, L.N. RU 2 103 013 C1 szabadalom "Csontüregek kitöltésére szolgáló készítmény" . RNIITO őket. R.R. Wreden (1998. január 27.). Letöltve: 2019. augusztus 5 .. Archiválva az eredetiből: 2019. augusztus 5.
  27. ↑ 1 2 Vidya Krishnan, T. Lakshmi. Bioglass: Egy új biokompatibilis innováció // Journal of Advanced Pharmaceutical Technology & Research. - 2013. - 4. sz. - S. 78-83. - doi : 10.4103/2231-4040.111523 .
  28. ↑ 1 2 3 4 5 Larry Hench, Julian Jones. Bioanyagok, mesterséges szervek és szövettechnika / A. Lushnikova. - Liter, 2017. - ISBN 5457371395 , 9785457371392.
  29. ↑ S.F. Zabelin, Zh.Yu. Konovalova. Az implantátumok biokerámiájának előállítására szolgáló technológiák elemzése Uchenye zapiski ZabGU. - 2016. - V. 11., 4. szám (április 15.). - S. 85-90. - doi : 10.21209/2308-8761-2016-11-4-85-90 .
  30. ↑ 1 2 3 Yaser Dahman. Bioanyag-tudomány és -technológia: alapok és fejlesztések . - CRC Press, 2019. - 258 p. — ISBN 0429878346 , 9780429878343.
  31. ↑ Larry L. Hench, Jon K. West. A szol-gél eljárás // Chemical Reviews. - 1990. - 1. szám (január 1.). - S. 33-72. - doi : 10.1021/cr00099a003 .
  32. ↑ Sabu Thomas, Preetha Balakrishnan, MS Sreekala. Alapvető bioanyagok: kerámia . — Woodhead Publishing Series in Biomaterials. - Woodhead Kiadó, 2018. - P. 498. - ISBN 0081022042 , 9780081022047.
  33. ↑ Takamasa Onoki. Porózus apatit bevonat különféle fémes anyagokon alacsony hőmérsékletű feldolgozással  : [ eng. ] // Bioanyagtudomány és mérnöki tudomány , IntechOpen. - 2011. - szeptember 15. - doi : 10.5772/24624 .
  34. ↑ V.I. Putlyaev. Modern kerámia anyagok  : Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem M.V. Lomonoszov // Soros oktatási folyóirat. - 2004. - V. 8., 1. sz. - S. 46.
  35. ↑ L. Hench, June Wilson, G. Merwin. Bioglass™ implantátumok fülgyógyászathoz . Proceedings of the First International Symposium "Biomaterials in Otology", Leiden, Hollandia (1983. április 21.). Letöltve: 2019. július 31. Az eredetiből archiválva : 2020. március 25.
  36. ↑ Dubok V.A., Gaiko G.V., Brusko A.T., Kindrat V.V., Shinkaruk A.V. Modern szervetlen bioanyagok csontátültetéshez - a javítás módjai és eredményei // VISNIK, Ukrán Orvosi Fogászati ​​Akadémia. - V. 7., 1-2. - S. 271-280.
  37. ↑ Az Összoroszországi Ifjúsági Tudományos Konferencia anyaggyűjteménye. Az orvosbiológiai tervezés aktuális kérdései // Gagarin Yu.A. névre keresztelt Szaratov Állami Műszaki Egyetem. - 2013. - május 20. — ISSN 978-5-9758-1489-0 .
  38. ↑ Grechukha A. M. A "Biositall-11" bioaktív üvegkerámia anyag használata az arc csontvázának csonthibáinak pótlására (kísérleti klinikai vizsgálat) // FGU "Fogászati ​​Központi Kutatóintézet". – 2009.
  39. ↑ Kerámia és üvegkerámia anyagok orvosi célokra . studwood.ru _ Letöltve: 2019. szeptember 25.
  40. ↑ 1 2 Dermafuse™ szövetragasztó  3g . Millpledge Pharmaceuticals . Letöltve: 2019. augusztus 24. Az eredetiből archiválva : 2019. augusztus 24.
  41. ↑ 1 2 RFID transzponderes  üvegkapszula . SCHOTT AG. Letöltve: 2019. július 30. Az eredetiből archiválva : 2019. július 30.
  42. ↑ Csontanyag sinus liftinghez: szakirodalmi áttekintés . Konektbiopharm "Stop resorption" . Letöltve: 2019. október 2.
  43. ↑ Yu. Inina. Csábító bioüveg. Forradalmasíthatja a műtétet // Orvosi újság (Digest). - 2017. - 63. szám (augusztus 25.). - S. 15.
  44. ↑ M.A. Medkov, D.N. Griscsenko. Bioaktív anyagok beszerzése orvosi célokra // Az Orosz Tudományos Akadémia Távol-keleti Kirendeltségének Kémiai Intézete. - 2015. - S. 409.
  45. ↑ A.V. Jumasev, A.S. Utyuzs, A.O. Zekij. Nanoméretű bevonatok a fogászati ​​implantológiában . Innovatív Oktatás- és Tudományfejlesztési Központ (2017. október 11.). Letöltve: 2019. szeptember 29. Az eredetiből archiválva : 2019. szeptember 29.
  46. ↑ T.S. Petrovskaya. Fizikai és kémiai alapok és technológiák a titán implantátumok biokompatibilis bevonatainak előállításához és biológiai tulajdonságaik szabályozásához . - 2013. - április 12.
  47. ↑ Elsődleges Ipari Minisztérium. Élelmiszer-biztonsági kockázatértékelés az SNA 1 jelölési programban használt PIT címkék használatához  : [ eng. ] // Új-zélandi halászati ​​értékelési jelentés. - 2018. - 2. szám (január). — ISSN 1179-5352 .
  48. ↑ Biomet, Inc. Biogran® - Felszívódó szintetikus anyag . Letöltve: 2019. augusztus 24. Az eredetiből archiválva : 2019. augusztus 24.