Sticla bioactiva

Sticla bioactivă (de asemenea, biosticlă ) este un material biologic activ pe bază de sticlă silicată , constând dintr-o matrice vitroasă și microcristale, utilizate pentru refacerea oaselor. Ochelarii bioactivi sunt ceramice care pot interacționa cu țesuturile corpului [1] . După integrare, în contact cu saliva sau orice fluid fiziologic, bioochelarii contribuie la formarea unui strat de hidroxiapatită carbonizată și la activarea remineralizării endogene a țesutului deteriorat [2] .

Sticlele bioactive sunt produse în principal din dioxid de siliciu cu adaos de alți oxizi . Cea mai cunoscută formulă de biosticlă este Bioglass 45S5, făcută din silice, oxid de sodiu , oxid de calciu și pentoxid de fosfor . Evoluțiile recente fac posibilă obținerea sticlelor bioactive pe bază de oxid de bor [3] și utilizarea aditivilor poliesterici [4] .

Invenții

Primele descoperiri

Biosticlă

Sticlă bioactivă inventată, om de știință american Larry Hench ( în engleză  Larry L. Hench ). Impresionat de o conversație întâmplătoare cu un colonel întors recent din războiul din Vietnam despre lipsa tehnologiei medicale care să ajute la salvarea membrelor răniților, Hench s-a pus pe treabă creând biomateriale care să nu fie respinse de corpul uman. Se cunoșteau metode de reconstrucție a țesutului osos deteriorat cu implanturi , dar problema era materialul pentru implant, care trebuie să fie biocompatibil cu țesutul. Inițial, s-a acordat preferință materialelor biologic inerte - metale rezistente la coroziune, materiale plastice și ceramică. Materiale precum titanul și aliajele sale , oțelul inoxidabil , ceramica sunt non-toxice și rezistente la efectele biochimice ale corpului. Cu toate acestea, materialele bioinerte nu au găsit o aplicație largă în chirurgia reconstructivă din cauza lipsei de acoperiri bioactive care exclud reacțiile de respingere inevitabile [5] .

Echipa lui Hench a descoperit că hidroxiapatita formează o legătură extrem de puternică cu scheletul și este principalul constituent mineral al oaselor . Experimentele cu diferite compoziții pe bază de hidroxiapatită au relevat că aceasta stimulează osteogeneza și joacă un rol important în reglarea metabolismului calciu-fosfat în organism și că proprietățile dorite pot fi obținute dacă materialul este modelat într-o sticlă poroasă [6] .

În 1969, a fost obținută o probă de sticlă cu un raport de greutate moleculară a componentelor: , denumit ulterior Bioglass 45S5. Ted Greenlee, profesor asistent de chirurgie ortopedică la Universitatea din Florida, a implantat probele la șobolani. Șase săptămâni mai târziu, Greenlee l-a sunat pe Hench pentru a spune că probele nu au putut fi recuperate [2] .

Astfel, Larry Hench a reușit să obțină un rezultat în care materialul rezultat a fost atât de ferm integrat cu osul încât nu a putut fi îndepărtat fără a deteriora osul [7] . Hench a publicat prima lucrare pe acest subiect în 1971 în Journal of Biomedical Materials Research . Laboratorul său a continuat să lucreze la proiect în următorii 10 ani, cu finanțare continuă din partea Armatei SUA . Până în 2006, peste 500 de articole despre ochelari bioactivi fuseseră deja publicate de oamenii de știință din întreaga lume [2] .

Dezvoltarea științei

După descoperirea sticlei bioactive în 1969, o serie de simpozioane internaționale de biomateriale au fost inițiate de un număr de cercetători, concentrându-se în principal pe materialele pentru chirurgia reconstructivă. Pe măsură ce aceste simpozioane au devenit din ce în ce mai populare, a apărut ideea de a forma o organizație specializată pentru biomateriale. Societatea pentru Biomateriale a fost înființată oficial în SUA în aprilie 1974 [8] . În martie 1976, o societate similară ( The European Society for Biomaterials ) a fost înființată în Europa [9] .

Etapele dezvoltării biosticlei sunt împărțite condiționat în patru perioade [10] :

  1. Epoca Descoperirilor (1969-1979);
  2. era de utilizare clinică (1980-1995);
  3. epoca regenerării tisulare (1995-2005);
  4. era inovării (2005 - anii următori).

Până în anii 1980, cercetările s-au concentrat pe utilizarea biosticlei în ortopedie și stomatologie pentru a trata defectele osoase rezultate din leziuni sau boli. Studii ulterioare au arătat că produsele de dizolvare rezultate din degradarea biosticlei sunt capabile să stimuleze nu numai procesul de osteogeneză, ci și condrogeneza , care duce la formarea cartilajului . Interacțiunea sticlei bio cu țesuturile conjunctive moi a fost demonstrată pentru prima dată în 1981 de grupul de cercetare al Dr. John Wilson [11] .

Direcții noi

Ochelari de borat

Compozițiile de bază utilizate pentru a crea noi formulări pentru fabricarea sticlei bioactive au fost în principal bazate pe o matrice de dioxid de siliciu . Majoritatea ochelarilor bioactivi din comerț îl conțin ca o componentă majoră. Mecanismul de legare în astfel de biosticlă pe bază de silicați este dizolvarea parțială datorită prezenței oxizilor modificatori ( și ), conducând la formarea unui strat de silicagel și precipitarea ulterioară a stratului de fosfat de calciu . La studierea altor componente care formează sticla, au fost luate în considerare paharele de borat. Ele sunt relativ fuzibile, au o vâscozitate mult mai mică decât sticla de silicat și se caracterizează printr-un modul elastic, care este cel mai mare pentru sticlele cu un conținut ridicat de oxizi alcalini. Odată cu apariția ochelarilor cu borat pur, studiul lor a început pentru utilizare în practicile biomedicale [12] .

Marina Nathalie Camille Richard a fost prima care a explorat înlocuirea în biosticlă [ 12] .  În 2000, Richard a investigat rata de formare a hidroxiapatitei pentru prima sticlă de borat într-o compoziție similară cu 45S5, dar fără silice, în comparație cu compoziția de bază a sticlei 45S5 cu o cantitate mică de fază cristalină. Pentru a evalua formarea hidroxiapatitei pe sticlă, a fost modelat un proces fără celule. Procesul a inclus reacția particulelor de sticlă borată într-o soluție de fosfat de diferite molarități la o temperatură de 37°C. Formarea hidroxiapatitei a fost observată cel mai bine în soluția de fosfat 0,1 M pentru ambele pahare. Produșii de reacție au fost examinați folosind difracția cu raze X , spectroscopie în infraroșu , microscopie electronică cu scanare , spectroscopie cu dispersie de energie și spectrometrie de masă cu plasmă cuplată inductiv . Rezultatele modelului fără celule au fost pozitive și au fost urmate de studii suplimentare pe biosticlă borată. Folosind celule osoase MC3T3-E1 , au fost efectuate experimente in vivo care au demonstrat cu succes creșterea țesutului osos în jurul particulelor de sticlă borat, foarte similară cu creșterea țesuturilor din proba de sticlă 45S5 a lui Hench. Activitatea biologică de succes obținută cu prima compoziție de sticlă fără silice a fost luată ca bază pentru alte compoziții [3] [12] .

Cercetătorii de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Missouri ,  Steve Jung și Delbert Day , au testat  efectul sticlei bioactive din diferite compoziții asupra fluidelor biologice (în special, sânge). Una dintre probele de biosticlă de borat, numită 13-93B3, conținea oxid de calciu . Compoziția sa în echivalent de masă a inclus următoarele componente [13] : .

Noua invenție s-a bazat pe capacitatea organismului de a forma fibre dintr-o proteină specială - fibrina - pe țesuturile deteriorate, care opresc trombocitele și sunt scheletul unui cheag de sânge . Scopul proiectului a fost de a crea un biosticlă care imită microstructura unui cheag de fibrină. Din compoziția lui 13-93B3, oamenii de știință au realizat nanofibre cu dimensiuni variind de la 300 nm la 5 microni , cu plasticitate ridicată. Noul material a fost numit DermaFuse [13] .

După testarea pe animale de laborator, în 2011 au fost efectuate studii clinice la Centrul Medical Regional Phelps County (Missouri, SUA) pe pacienți cu risc de amputare din cauza infecției rănilor . Unii pacienți au avut ulcere ale venelor piciorului care nu s-au vindecat mai mult de un an. Tampoanele din nanofibră DermaFuse au fost folosite pentru a trata rănile. Toți cei doisprezece pacienți diabetici cu indicații pentru amputare au prezentat o îmbunătățire semnificativă și vindecarea rănilor cu cicatrici mici sau deloc . În plus, DermaFuse s-a dovedit a fi dăunător pentru bacteriile E. coli , Salmonella și Staphylococcus [14] .

Componente din poliester

Factorii limitanți în utilizarea ochelarilor bioactivi sunt rezistența scăzută, fragilitatea și rezistența la impact , ceea ce nu le permite să fie utilizate pentru a crea produse cu încărcare mare.

În 2016, o echipă de cercetători de la Colegiul Imperial din Londra și de la Universitatea Bicocca din Milano a dezvoltat un nou biosticlă care suportă greutatea și absoarbe șocurile , imitând astfel calitățile fizice ale cartilajului viu. Utilizează cuarț și policaprolactonă , un poliester  biodegradabil cu un punct de topire scăzut. Proprietățile fizice ale policaprolactonei sunt foarte apropiate de proprietățile țesutului cartilajului, are suficientă flexibilitate și rezistență. Structurile imprimate 3D cu forma necesară după injectare îmbunătățesc creșterea și regenerarea celulelor cartilajului. Implantul biodegradabil permite susținerea greutății pacientului și permite mersul fără a fi nevoie de plăci metalice suplimentare sau alte implanturi [15] [4] .

Teoria genetică

Cu ajutorul biosticlei, oamenii de știință încearcă, de asemenea, să găsească soluții la problema lansării regenerării tisulare prin activarea proceselor de recuperare a organismului.

Ionii eliberați din sticla bioactivă la dizolvare stimulează genele celulare să se regenereze și să se auto-repara.

- Teoria genetică  - Larry Hench

Teoria propusă a rămas mult timp nedovedită în practică. Dovada teoriei a fost obținută prin cercetarea cu microarray ADN . Primele studii de microarray pe ochelari bioactivi au demonstrat efectul lor asupra activării genelor asociate cu creșterea și diferențierea osteoblastelor . Sprijinul matricei extracelulare și stimularea adeziunii celulă la celulă și celulă la matrice au fost îmbunătățite prin mediu de cultură celulară condiționat care conține produse bioactive de dizolvare din sticlă [16] .

Studiul a cinci modele in vitro folosind micromatrice ADN folosind cinci surse diferite de ioni anorganici a oferit dovezi experimentale pentru teoria genetică a stimulării osteogene. Eliberarea controlată a ionilor biologic activi din ochelari bioactivi are ca rezultat reglarea și activarea a șapte familii de gene în celulele osteoprogenitoare care provoacă regenerarea osoasă rapidă. Larry Hench a crezut că acest lucru ar permite dezvoltarea unei noi generații de ochelari de activare a genelor, special pentru ingineria țesuturilor și regenerarea țesuturilor in situ. Descoperirile sale indică, de asemenea, că eliberarea controlată a concentrațiilor mai mici de ioni la dizolvarea sticlelor bioactivi poate fi utilizată pentru angiogeneză [17] .

Bioochelari fără alcali

Deși formulările bazate pe formula 45S5 au fost aplicate clinic la mai mult de 1,5 milioane de pacienți, acestea nu sunt lipsite de dezavantaje. Datorită conținutului ridicat de alcali, printre altele, există:

  • Viteză mare de dizolvare, care determină o resorbție rapidă , care poate afecta negativ echilibrul formării osoase, ducând la formarea unui spațiu între os și implant;
  • Sinterabilitatea slabă și cristalizarea timpurie datorită gamei înguste de temperaturi de tranziție sticloasă (~550°C) și debutul cristalizării (~610°C) împiedică compactarea și conduc la o rezistență mecanică slabă a materialului;
  • Efect citotoxic cauzat de doze mari de leșiere de sodiu în mediul de cultură ;
  • Pentru tratamentul cu celule stem în cazurile de reconstrucție majoră este necesară utilizarea unor schele celulare cu o anumită porozitate inaccesibilă compoziției 45S5 [18] .

Pentru a elimina aceste neajunsuri, a fost dezvoltată o nouă serie de compoziții fără alcali pe bază de diopside , fluorură de calciu-fosfat și fosfat tricalcic , combinate în proporții diferite. Deci, de exemplu, compoziția, numită 70-Di-10FA-20TCP, vă permite să faceți „schele” pentru țesutul osos de orice dimensiune necesară, spre deosebire de Bioglass 45S5.

70-Di-10FA-20TCP :

Aciditatea și dimensiunea particulelor suspensiei acestui material sunt mai mici, ceea ce vă permite să reduceți dizolvarea la limitele dorite. Cea mai bună sinterabilitate asigură densificarea completă înainte de cristalizare și permite o mai bună rezistență mecanică a compoziției. Reacțiile celulare in vitro au arătat o viabilitate celulară bună și o stimulare semnificativă a sintezei matricei osoase, ceea ce sugerează posibila utilizare a materialului pentru regenerarea țesutului osos [18] .

Bioochelari radioopaci

Agenții de contrast sunt utilizați pentru a îmbunătăți vizualizarea în diagnosticarea cu raze X. Când se lucrează cu țesut osos folosind ochelari bioactivi de compoziții clasice, este dificil să se îmbunătățească vizualizarea rezultatelor metodelor de cercetare a radiațiilor . Ochelarii bioopaci se disting prin prezența oxizilor suplimentari în compoziție, care fac posibilă utilizarea sticlei ca umplutură radioopace pentru materialele compozite [19] . Poate fi folosit ca component radioopac în stomatologie .

Exemple:

Cu toate acestea, astfel de compoziții au valori scăzute de radioopacitate. În plus, oxidul de bariu este toxic și reduce rezistența chimică a sticlei. O soluție este folosirea oxidului de wolfram în loc de oxidul de bariu și utilizarea unui al doilea component radioopac, oxidul de stronțiu , pentru a crește radioopacitatea. În plus, crește rezistența chimică și reduce toxicitatea ochelarilor.

Exemplu:

cu o cantitate totală de oxid de stronțiu și oxid de tungsten în intervalul 20-30% [20]

Formații

Compozițiile de bază ale sticlei bioactive:

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

S53P4 este o sticlă bioactivă care inhibă creșterea bacteriană [21] .

Obținerea

Alegerea unei formule

Biosticlă se obține sub diferite forme: particule, granule , pulbere , pelete [27] . Când se schimbă proporțiile substanței care formează sticlă și ale componentelor alcaline, proprietățile biosticlei se schimbă de la bioactivitate maximă la bioinerte:

A. , B. : - sticla biologic activa, se leaga de os, unii compusi se leaga de tesuturile moi;
  • Ochelarii biologici de clasa A sunt osteoproductivi. Se leagă atât de țesutul moale, cât și de oase. Stratul de hidroxiapatită se formează în câteva ore.
  • Ochelarii biologici de clasa B sunt osteoconductivi. Nu se leagă de țesuturile moi. Formarea unui strat de hidroxiapatită durează de la una la câteva zile.
C. : - sticla nu este bioactivă, aproape inertă, încapsulată în țesut fibros; D. : - sticla biologic activa, resorbtie in 10-30 zile; S. : la - nu se formează sticlă [10] .

Fără un efect prea mare asupra formării unei legături între biosticlă și țesutul osos, unele pot fi înlocuite cu , iar altele cu . În plus, o anumită cantitate poate fi înlocuită cu , ceea ce va modifica rata de resorbție a sticlei. Pentru a facilita prelucrarea materialului, sau poate fi adăugat . Cu toate acestea, oxidul de aluminiu inhibă integrarea sticlei în țesut, astfel încât volumul său în material este limitat cu 1-1,5% [10] .

Obținerea metodelor

Principalele metode de producere a sticlei bioactive și a compozitelor sale sunt pulberea, procesul sol-gel [28] [29] , stingerea topiturii (inclusiv răcirea convențională a topiturii ), sinteza cu autopropagare la temperatură înaltă și iradierea cu microunde [30] .

Metoda pulberii constă din trei etape principale: prepararea materiilor prime sub formă de pulbere, formarea unei piese de prelucrat prin presare și tratament termic pentru a crește densitatea și rezistența materialului. Presarea la cald și presarea izostatică sunt adesea folosite. În timpul procesului de ștanțare are loc difuzia atomilor materialului policristalin și un flux vâscos de sticlă amorfă [28] .

Metodele chimice sunt, de asemenea, utilizate pentru a obține omogenitate moleculară ridicată (omogenitate) și puritate a produsului. Una dintre aceste metode este conversia unui sol într-un gel, care este utilizat pentru a obține ceramică din sticlă bioactivă spumoasă și poroasă. În timpul procesului sol-gel, hidroliza oxidului de siliciu are loc cu formarea unei soluții coloidale și polimerizarea ulterioară a acesteia într-o reacție de condensare cu formarea unui gel. Pentru uscarea și întărirea gelului nu necesită o temperatură atât de ridicată ca la presare [28] .

Echipa lui Larry Hench a produs prima compoziție 45S5 atât prin procese de stingere a topiturii [10] , cât și prin procese sol-gel [31] :

  • în prima etapă, reactivii sunt amestecați la temperatura camerei ( hidroliza și policondensarea au loc simultan până la omogenizarea soluției );
  • Etapa a 2-a - gelificare;
  • tratament termic la 60 °C pentru a preveni fisurarea în timpul uscării (gelul se caracterizează printr-o scădere a porozității, precum și o îmbunătățire semnificativă a rezistenței mecanice);
  • Etapa a 4-a - uscare pentru îndepărtarea fazei lichide din pori la o temperatură de 120 °C până la 140 °C;
  • în a cincea etapă, gelul uscat este stabilizat în timpul tratamentului termic la temperatură înaltă - aproximativ 700 °C [11] .

Metoda cu microunde constă în faptul că precursorii sunt dizolvați în apă deionizată și plasați într-o baie cu ultrasunete pentru iradiere. În urma iradierii, se obține o pulbere, care este ulterior uscată și calcinată. Această metodă necesită un timp de reacție scurt și poate fi utilizată pentru a crea pulberi nanozizate monofazice [30] .

În 2009, a fost dezvoltată o tehnologie pentru producția de nanofibre de biosticlă folosind „spinning” cu laser. O cantitate mică de materie primă este topită cu un laser de înaltă energie pentru a produce un filament ultra-subțire, care este apoi alungit și răcit de un curent puternic de gaz. Avantajele tehnologiei sunt viteza procesului, nanofibrele se formează în câteva microsecunde. Metoda face posibilă obținerea de nanofibre de sticlă cu un diametru de la zecimi la sutimi de micron. Principalul dezavantaj al „filării” cu laser este că se consumă multă energie în timpul procesului de producție [32] .

Proprietăți

Principalele cerințe pentru sticla bioactivă sunt conformitatea cu un anumit nivel de caracteristici chimice, mecanice și biologice. Compozițiile trebuie să aibă o rezistență dată, rezistență la fisurare, rezistență la uzură și rezistență la oboseală. Atunci când se integrează cu țesuturi pentru a oferi stimularea osteosintezei și a biocompatibilității, nu ar trebui să existe reacții din partea sistemului imunitar [24] .

Proprietăți chimice

Absența coroziunii este principalul avantaj și proprietatea constantă a biosticlei. Doi parametri principali sunt reglementați de compoziția și metoda de aplicare a materialului:

  • Capacitatea de a interacționa cu părțile țintă ale corpului, eliminând reacțiile chimice nedorite cu țesuturile și fluidele interstițiale.
  • Capacitatea de a se dizolva într-un ritm controlat, în conformitate cu timpul estimat stabilit pentru formarea țesutului înlocuit [24] .

Rezistență mecanică

Indicatorii rezistenței mecanice, inclusiv rezistența la oboseală și rezistența la fisurare a bioceramicelor , biosticlăriei și biositalls sunt semnificativ, de 10-100 de ori mai mici decât cei ai țesutului osos natural. Acest lucru limitează posibilitatea utilizării unei structuri din sticlă bioactivă pentru reconstrucția unui organ cu țesut osos deteriorat. Biosticlă, nu ca auxiliar, ci ca material principal, este folosită numai pentru oase care nu poartă sarcini fiziologice semnificative [5] . Exemple sunt implantarea de electrozi pentru restabilirea auzului în caz de afectare a nervului auditiv sau refacerea rădăcinilor dentare [24] . Biosticlă este de obicei combinată cu polimeri și metale. Cu o anumită rețetă și tehnologie de producție, sticla bioactivă poate fi obținută sub forma unei structuri poroase dorite cu dimensiunile celulelor specificate și orientarea lor. Astfel de ochelari pot servi ca umplutură sau acoperire în polimeri absorbibili - materiale concepute să se descompună treptat și să fie înlocuite cu țesutul natural al gazdei. Indicii de elasticitate ai materialelor compozite obținute corespund constantelor elastice ale osului [28] .

Răcirea lentă a topiturii oxizilor care formează sticla în conformitate cu regimuri speciale de temperatură face posibilă cristalizarea parțială a sticlei (în acest caz, cel mai adesea se formează metasilicat de calciu  - wollastonit ) și obținerea de materiale vitro-ceramice mixte - biocetali, care au caracteristici mecanice mai mari comparativ cu ochelarii. Tratamentul termic al biosticlei reduce conținutul de oxid de metal alcalin volatil și precipită cristale de apatită în matricea de sticlă. Materialul vitro-ceramic rezultat are o rezistență mecanică mai mare, dar activitate biologică mai scăzută [25] .

Activitate biologică

Conceptul de „activitate biologică” înseamnă capacitatea unui material sintetic de a interacționa activ cu țesuturile înconjurătoare cu formarea unei conexiuni directe cu acestea. Atunci când se utilizează un material biologic activ pe bază de substanțe care sunt inițial similare ca compoziție chimică și de fază cu țesutul osos sau capabile să formeze astfel de substanțe pe suprafața lor ca urmare a proceselor biomimetice de interacțiune cu țesuturile și fluidele corporale din jur, materialul este perceput de către organismul aproape ca propriul său țesut [5] . Elementul cheie care face ca biosticlă să fie extrem de bioactivă este siliciul . Hidroliza biosticlei în fluidul interstițial duce la formarea unui strat subțire de acid silicic, asemănător unui gel, pe suprafața implantului. Grupările hidroxil încărcate negativ ale suprafeței stratului de acid silicic atrag ionii din soluția de fluid interstițial înconjurător , sarcina de suprafață devine pozitivă, apoi ionii de acid fosforic sunt depuși la suprafață  - stratul de hidroxiapatită crește. Ca urmare, stratul de tranziție dintre biosticlă și os poate avea o grosime de până la 1 mm și poate fi atât de puternic încât se va produce o fractură în orice alt loc, dar nu în zona de fuziune [34] .

Sticla bioactivă formează o legătură cu țesutul osos mult mai rapid decât materialele bioceramice datorită amorfismului. O rețea amorfă arbitrară se dizolvă și interacționează cu fluidul interstițial mult mai repede decât rețeaua cristalină a unui material ceramic. Datorită acestui fapt, hidroxiapatita se formează mai repede decât alte materiale [28] .

Prin modificarea compoziției biomaterialului, este posibil să se modifice bioactivitatea și resorbabilitatea biosticlei într-o gamă largă. Dacă materialul este bioactiv, se formează țesut osos; dacă este bioresorbabil, materialul este înlocuit cu țesut osos [24] .

Aplicație

Bioglass bazat pe Bioglass 45S5 este folosit ca implanturi mici sau usor incarcate in stomatologie si chirurgie maxilo-faciala . Bioglass este utilizat în stomatologie și ortopedie pentru producerea de materiale medicale care stimulează refacerea și eliminarea defectelor osoase , pentru formarea obturațiilor dentare și fabricarea pastelor de dinți. Dispozitivele realizate cu formula compozită de 45S5 se numesc implanturi Bioglass. Cu cristalizare parțială sau completă, se numesc implanturi Biosticlă-Ceramice [35] . Printre cele mai de succes produse comerciale se numără ochelarii bio: Cortoss, Rhakoss, NovaBone [7] .

Aplicații

Surse principale: [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [30]

În stomatologie

  • Pentru umplerea defectelor parodontale.
  • Pentru a umple alveolele dinților extrași pentru a preveni atrofia conturului crestei alveolare .
  • Pentru a umple defectele osoase după cistectomie .
  • Pentru reconstrucția implantului.
  • Cu umplere profundă a rădăcinii dintelui.
  • Cu Sinus lifting - operații pentru a construi osul maxilarului superior.

În ortopedie

  • Pentru umplerea cavităţilor osoase după îndepărtarea chisturilor , a tumorilor osoase , a osteoporozei locale .
  • Înlocuirea elementelor unui os îndepărtat sau deteriorat în timpul operațiilor, leziunilor.
  • Înlocuirea elementelor vertebrelor în leziuni, osteoporoză.

In chirurgie

  • Pentru vindecarea leziunilor și infecțiilor țesuturilor moi.

În neurochirurgie

  • Pentru a înlocui elemente ale unui os al craniului pierdut sau deteriorat după operații, leziuni.

În chirurgia maxilo-facială

În medicina veterinară

Domeniile de aplicare a ochelarilor bioactivi continuă să se extindă [27] , iar noi produse pentru uz clinic sunt dezvoltate în mod activ [43] .

Deoarece proprietățile mecanice ale ochelarilor bio sunt inferioare proprietăților mecanice ale țesutului osos, acest lucru nu permite utilizarea lor pentru fabricarea de implanturi de oase de susținere. În acest sens, sticlele sunt folosite pentru a forma acoperiri vitro-ceramice bioactive pe substraturi bioinerte [44] . Din același motiv, încă de la mijlocul anilor 90, acoperirile vitro-ceramice au fost utilizate activ în implantologia dentară. Acoperirile pot fi aplicate pe o suprafață de orice complexitate prin emailare, depunere dintr-un sistem sol-gel, plasmă, radiofrecvență, depunere cu laser pulsat [45] , sau ardere folosind un liant de sticlă și tehnologia de depunere cu alunecare . [46] .

Exemple de aplicații de bioochelari

Pentru o lungă perioadă de timp, chirurgii au folosit biosticlă sub formă de pulbere pentru a repara defectele osoase umplând mici fisuri cu ea. Din 2010, această pudră a devenit ingredientul principal în pasta de dinți Sensodyne Repair and Protect. Aceasta este cea mai răspândită utilizare a materialului bioactiv [15] .

Bioglass 8625 este o sticlă soda-calcică utilizată pentru etanșarea implanturilor. Materialul are un conținut semnificativ de fier, care, datorită proprietății de a absorbi radiația infraroșie, permite materialului să se polimerizeze sub o sursă de lumină. Cea mai frecventă utilizare a Bioglass 8625 este în carcasele transponderului RFID pentru microciparea umană și animală [41] . Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente (FDA) a aprobat utilizarea Bioglass 8625 la oameni în 1994, la doar patru ani după ce a fost certificat pentru utilizare în microciparea animalelor [47] .

Dermafuse este un biosticlă pe bază de 13-93B3 și este utilizat în medicină și medicina veterinară. Compoziția funcționează sub formă de șervețele din nanofibre pentru tratamentul pe termen lung al rănilor țesuturilor moi. Lipiciul pe bază de acesta este utilizat pentru tratamentul rapid al rănilor minore. La contactul cu țesuturile, adezivul trece de la stare lichidă la stare solidă, polimerizând în câteva secunde și sigilând rana [40] .

Biogran Bioglass este un material osteoconductor utilizat pentru tratamentul defectelor parodontale . Dimensiunea granulelor bioactive este în intervalul 300-355 microni , acestea sunt complet absorbite în organism și se dezintegrează ca urmare a ciclului Krebs . Țesutul osos crește de la granulă la granulă, umplând rapid defectul cu țesut osos. Înlocuirea completă cu os nou are loc în 9-12 luni [48] .

Vezi și

Note

  1. ↑ Medkov M. A., Grishchenko D. N. Patent RU 2 690 854 C1 „Metode pentru obținerea sticlei bioactive care conține bor” . Instituția Federală a Bugetelor de Stat a Institutul de Știință de Chimie, Filiala din Orientul Îndepărtat a Academiei Ruse de Științe (6 iunie 2019). Preluat la 30 iulie 2019. Arhivat din original la 30 iulie 2019.
  2. ↑ 1 2 3 Hench, LL Povestea lui Bioglass  //  Journal of Materials Science in Medicine. - 2006. - Decembrie ( vol. 17 , nr. 11 ). - P. 967-978 . - doi : 10.1007/s10856-006-0432-z . — PMID 17122907 .
  3. ↑ 1 2 Marina N. Richard. Comportamentul bioactiv al paharului borat  : [ ing. ] // Universitatea de Știință și Tehnologie din Missouri. - 2000. - Martie. - P. 140. - Electronic OCLC # 906031023.
  4. ↑ 1 2 Țesut de cartilaj artificial din biosticlă . ENG News - Engineering News (13 mai 2016). Preluat la 31 iulie 2019. Arhivat din original la 31 iulie 2019.
  5. ↑ 1 2 3 S.M. Barinov, V.S. Komlev. Bioceramica pe baza de fosfati de calciu  : [ rus. ] . — RAS Institutul de Probleme Fizice și Chimice ale Materialelor Ceramice. - M .  : Nauka, 2005. - ISBN 5-02-033724-2 .
  6. ↑ Mark Medovnik. Din ce este făcut? Materialele uimitoare din care este construită civilizația modernă . - Litri, 2019. - ISBN 504011754X , 9785040117543.
  7. ↑ 1 2 Bartov M.S. Dizertație „Noi abordări biotehnologice pentru crearea materialelor osteoinductoare pe baza proteinei rhBMP-2 obținute prin sinteza microbiologică în Escherichia coli” . Centrul Federal de Cercetare pentru Epidemiologie și Microbiologie FSBI, numit după Academicianul de Onoare N.F. Gamalei (2015). Preluat la 30 iulie 2019. Arhivat din original la 30 iulie 2019.
  8. ↑ Despre Societate  . Societatea pentru Biomateriale. Preluat la 31 iulie 2019. Arhivat din original la 31 iulie 2019.
  9. ↑ Istoria ESB  . Societatea Europeană pentru Biomateriale . Preluat la 24 august 2019. Arhivat din original la 24 august 2019.
  10. ↑ 1 2 3 4 Bekir KARASU, Ali Ozan YANAR, Alper KOÇAK, Özden KISACIK. Ochelari bioactivi  : [ ing. ] // El-Cezerî Journal of Science and Engineering. - 2017. - Nr 3 (15 iulie). - S. 436-471. — ISSN 2148-3736 .
  11. ↑ 1 2 Elisa Fiume, Jacopo Barberi, Enrica Verné și Francesco Baino. Ochelari bioactivi: de la compoziția părintelui 45S5 la terapiile de vindecare a țesuturilor asistate de schele // Journal of Functional Biomaterials. - 2018. - Nr 24 (16 martie). - doi : 10.3390/jfb9010024 .
  12. ↑ 1 2 3 Mona A. Ouis, Amr M. Abdelghany, Hatem A. ElBatal. Comportamentul de sinterizare și proprietatea compozitului HA-Al2O3 modificat cu biosticlă // Știința sinterizării. - 2012. - Emisiune. 44. - S. 141-149. - doi : 10.2298/SOS1203265W .
  13. ↑ 1 2 3 A fost creat material din nanofibră care vindecă eficient rănile . Nano News Net (16 mai 2011). Preluat la 31 iulie 2019. Arhivat din original la 31 iulie 2019.
  14. ↑ DermaFuse de la Mo-Sci Corporation: Vindecarea de succes a rănilor cu  nanofibre de sticlă borat . Societatea Americană de Ceramică (28 aprilie 2011). Preluat la 31 iulie 2019. Arhivat din original la 31 iulie 2019.
  15. ↑ 1 2 David Cox. Medicina viitorului: cum bioglass va revoluționa chirurgia . BBC Future (7 august 2017). Preluat la 31 iulie 2019. Arhivat din original la 31 iulie 2019.
  16. ↑ Subrata Pal. Proiectarea articulațiilor și organelor umane artificiale . - Springer Science & Business Media, 2013. - P. 68. - 419 p. — ISBN 146146255X , 9781461462552.
  17. ↑ Larry L. Hench. Design genetic al  sticlei bioactive . ScienceDirect® . Journal of the European Ceramic Society // Volumul 29 (7 aprilie 2009). doi : S095522190800441X . Preluat la 4 august 2019. Arhivat din original la 4 august 2019.
  18. ↑ 1 2 José MF Ferreira, Avito Rebelo. Caracteristicile cheie așteptate de la o sticlă bioactivă perfectă – Cât de departe suntem încă de o compoziție ideală?  : [ engleză ] ] // Biomedical Journal of Scientific & Technical Research. - 2017. - 7 septembrie. — ISSN 2574-1241 . - doi : 10.26717/BJSTR.2017.01.000335 .
  19. ↑ Medkov M. A., Grishchenko D. N., Kuryavy V. G., Slobodyuk A. B. Ochelari bioactivi radioopaci care conțin tungsten: preparare și proprietăți  = Institute of Chemistry FEB RAS // Glass and Ceramics. - 2018. - Nr 8 (august). - 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. Sticla radioopaca, Brevet BY 13965 C1 2011/02/28 . Baza de brevete din Belarus (28 februarie 2011). Preluat la 7 august 2019. Arhivat din original pe 7 august 2019.
  21. ↑ Mateus Trinconi Cunha, Maria Aparecida Murça, Stanley Nigro, Giselle Burlamaqui Klautau, Mauro José Costa. Activitatea antibacteriană in vitro a sticlei bioactive S53P4 asupra agenților patogeni multirezistenți care cauzează osteomielita și infecția articulației protetice  : [ ing. ] // BMC Boli Infecțioase. - 2018. - Nr. 18 (3 aprilie). doi : 10.1186 / s12879-018-3069-x .
  22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Manualul de inginerie biomedicală, Volumul 1 Arhivat la 7 aprilie 2022 la Wayback Machine de Joseph D. Bronzino, Springer, 2000 ISBN 3-540-66351-7
  23. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Biomateriale și ingineria țesuturilor Arhivat 24 decembrie 2016 la Wayback Machine de Donglu Shi p. 27, Springer, 2004 ISBN 3-540-22203-0
  24. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Materiale anorganice promițătoare cu funcții speciale. - Utilizarea ceramicii biosticlă - un curs de prelegeri . Facultatea de Chimie, Universitatea de Stat din Moscova. Consultat la 31 iulie 2019. Arhivat din original la 1 noiembrie 2019.
  25. ↑ 1 2 Materiale de inginerie pentru aplicații biomedicale Arhivat 28 mai 2013 la Wayback Machine de Swee Hin Teoh, p.6-21, World Scientific, 2004 ISBN 9812560610
  26. ↑ Afinogenov G.E. Ivantsova, T.M. Lysenok, L.N. Brevet RU 2 103 013 C1 „Compoziție pentru umplerea cavităților osoase” . RNIITO ei. R.R. Wreden (27 ianuarie 1998). Preluat la 5 august 2019. Arhivat din original la 5 august 2019.
  27. ↑ 1 2 Vidya Krishnan, T. Lakshmi. Biosticlă: o inovație biocompatibilă nouă // Jurnalul de Tehnologie și Cercetare Farmaceutică Avansată. - 2013. - Nr 4. - S. 78-83. - doi : 10.4103/2231-4040.111523 .
  28. ↑ 1 2 3 4 5 Larry Hench, Julian Jones. Biomateriale, organe artificiale și ingineria țesuturilor / A. Lushnikova. - Litri, 2017. - ISBN 5457371395 , 9785457371392.
  29. ↑ S.F. Zabelin, Zh.Yu.Konovalova. Analiza tehnologiilor de obținere a bioceramicelor pentru implanturi .Uchenye zapiski ZabGU. - 2016. - V. 11, Nr. 4 (15 aprilie). - S. 85-90. - doi : 10.21209/2308-8761-2016-11-4-85-90 .
  30. ↑ 1 2 3 Yaser Dahman. Știința și Tehnologia Biomaterialelor: Fundamente și dezvoltări . - CRC Press, 2019. - 258 p. — ISBN 0429878346 , 9780429878343.
  31. ↑ Larry L. Hench, Jon K. West. Procesul sol-gel // Chemical Reviews. - 1990. - Nr. 1 (1 ianuarie). - S. 33-72. - doi : 10.1021/cr00099a003 .
  32. ↑ Sabu Thomas, Preetha Balakrishnan, MS Sreekala. Biomateriale fundamentale: ceramică . — Woodhead Publishing Series în Biomateriale. - Editura Woodhead, 2018. - P. 498. - ISBN 0081022042 , 9780081022047.
  33. ↑ Takamasa Onoki. Acoperire poroasă de apatită pe diverse materiale metalice prin prelucrare la temperatură joasă  : [ ing. ] // Știința și Ingineria Biomaterialelor , IntechOpen. - 2011. - 15 septembrie. - doi : 10.5772/24624 .
  34. ↑ V.I. Putlyaev. Materiale ceramice moderne  : Universitatea de Stat din Moscova Lomonosov M.V. Lomonosov // Jurnal Educaţional Soros. - 2004. - V. 8, nr. 1. - S. 46.
  35. ↑ L. Hench, June Wilson, G. Merwin. Implanturi Bioglass™ pentru otologie . Proceedings of the First International Symposium "Biomaterials in Otology", Leiden, Olanda (21 aprilie 1983). Preluat la 31 iulie 2019. Arhivat din original la 25 martie 2020.
  36. ↑ Dubok V.A., Gaiko G.V., Brusko A.T., Kindrat V.V., Shinkaruk A.V. Biomateriale anorganice moderne pentru grefarea osoasă - modalități și rezultate de îmbunătățire // VISNIK al Academiei Medicale Stomatologice din Ucraina. - V. 7, Nr. 1-2. - S. 271-280.
  37. ↑ Colecția de materiale a Conferinței științifice a tineretului din întreaga Rusie. Probleme de actualitate ale ingineriei biomedicale // Universitatea Tehnică de Stat din Saratov numită după Gagarin Yu.A. - 2013. - 20 mai. — ISSN 978-5-9758-1489-0 .
  38. ↑ Grechukha A. M. Utilizarea materialului vitro-ceramic bioactiv „Biositall-11” pentru înlocuirea defectelor osoase ale scheletului facial (studiu clinic experimental) // FGU „Institutul Central de Cercetare de Stomatologie”. — 2009.
  39. ↑ Materiale ceramice și vitroceramice pentru medicină . studwood.ru _ Preluat: 25 septembrie 2019.
  40. ↑ 1 2 Dermafuse™ Tissue Adezive  3g . Millpledge Pharmaceuticals . Preluat la 24 august 2019. Arhivat din original la 24 august 2019.
  41. ↑ 1 2 Capsule de sticlă cu transponder RFID  . SCHOTT AG. Preluat la 30 iulie 2019. Arhivat din original la 30 iulie 2019.
  42. ↑ Material osos pentru lifting sinusal: o revizuire a literaturii . Konektbiopharm „Oprirea resorbției” . Preluat: 2 octombrie 2019.
  43. ↑ Yu. Inina. Biosticlă tentantă. Poate revoluționa chirurgia // Ziar medical (Digest). - 2017. - Nr. 63 (25 august). - S. 15.
  44. ↑ M.A. Medkov, D.N. Grişcenko. Obținerea de materiale bioactive în scopuri medicale // Institutul de Chimie al Filialei din Orientul Îndepărtat al Academiei Ruse de Științe. - 2015. - S. 409.
  45. ↑ A.V. Yumashev, A.S. Utyuzh, A.O. Zekiy. Acoperiri la scară nanometrică în implantologia dentară . Centrul Inovator pentru Dezvoltarea Educației și Științei (11 octombrie 2017). Preluat la 29 septembrie 2019. Arhivat din original la 29 septembrie 2019.
  46. ↑ T.S. Petrovskaya. Baze fizico-chimice si tehnologii pentru obtinerea de acoperiri biocompatibile pe implanturi de titan si reglarea proprietatilor biologice ale acestora . - 2013. - 12 aprilie.
  47. ↑ Ministerul Industriilor Primare. Evaluarea riscurilor pentru siguranța alimentelor pentru utilizarea etichetelor PIT în programul de etichetare SNA 1  : [ ing. ] // Raportul de evaluare a pescuitului din Noua Zeelandă. - 2018. - Nr 2 (ianuarie). — ISSN 1179-5352 .
  48. ↑ Biomet, Inc. Biogran® - Material sintetic resorbabil . Preluat la 24 august 2019. Arhivat din original la 24 august 2019.