Biomateriały Portal Inżynieria Biomedyczna to serwis poświęcony tematyce inżynierii biomedycznej. Znajdziesz w nim artykuły naukowe, oferty pracy dla inżynierów biomedycznych, praktyki zagraniczne i dostępne w Polsce i zagranicą kierunki studiów. http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl Sat, 21 Oct 2017 10:05:03 +0000 Joomla! 1.5 - Open Source Content Management pl-pl Sztuczna skóra http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/91-sztuczna-skóra.html http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/91-sztuczna-skóra.html

sztuczna skoraNaukowcy z całego świata od wielu lat rozwijają technologię, która jak wierzą zrewolucjonizuje świat medycyny, mowa tu o sztucznej skórze. Sztuczna skóra jest nazywana często także e-skórą, bądź skórą elektroniczną. Sama idea stworzenia tego urządzenia nie jest nowa. Do tej pory ze względu na złożone funkcje oraz właściwości skóry naturalnej przy konstruowaniu jej sztucznego odpowiednika napotykano na wiele przeszkód takich jak brak elastyczności, niewystarczająca czułość sensorów czy za duże zużycie prądu. Jednak zespoły badawcze nie poddają się i opracowują coraz to nowsze koncepcje oraz prototypy tego innowacyjnego urządzenia.

Ludzka skóra to jeden z bardziej skomplikowanych tworów naszego ciała, jest także największym narządem powłoki wspólnej. Ogólna powierzchnia skóry u człowieka wynosi od 1,5 do 2 m2. Skóra jest narządem pokrywającym i osłaniającym ustrój. Spełnia ona wiele czynności ochronnych: przed zakażeniem drobnoustrojami, przed czynnikami mechanicznymi, termicznymi, chemicznymi i promieniowaniem świetlnym, oraz zapewnia niezmienne warunki dla środowiska wewnętrznego organizmu.

Poza tym skóra spełnia czynność percepcyjną ciepła, bólu oraz dotyku ze środowiska zewnętrznego. Pełni także funkcję ekspresyjną w wyrażaniu stanów emocjonalnych, resorpcyjną oraz bierze udział w magazynowaniu i przemianie materii. Na dodatek jest elastyczna i posiada właściwości regeneracyjne. Można z tego wywnioskować, iż dokładne odtworzenie skóry naturalnej nie jest proste ze względu poziom skomplikowania jej struktury i nastręcza wielu problemów. Sztuczna skóra jest elektronicznym tworem inżynierów, który potrafi naśladować ludzką skórę na jeden lub wiele sposobów.

{googleads}

?Złote? sensory

skoraSensory dotyku, wilgoci i temperatury  w e-skórze to bardzo ważne elementy tej struktury, ponieważ  skóra naturalna działa jak siatka sensorów, odbiera i przekazuje bodźce ze środowiska zewnętrznego do mózgu i dzięki temu wiemy jak reagować na otoczenie. W Instytucie Technion w Izraelu powstał już prototyp skóry, posiadającej takie sensory. Zostały one zbudowane z nanocząsteczek złota o wymiarach 5-8 nanometrów otoczonych molekułami zwanymi ligandami, które ułożono na poli(tereftalanie etylenu), czyli po prostu na polimerze PET, plastiku znanego nam między innymi z opakowań spożywczych. Zgięcie warstwy sztucznej skóry zmienia odległość między cząsteczkami złota, a to sprawia z kolei, że zmienia się przewodnictwo prądu w danym miejscu. Zmiany te są rejestrowane oraz interpretowane przez następne czujniki, dzięki czemu otrzymujemy informacje jaki parametr i w którym miejscu uległ zmianie. Łatwo możemy też przestroić czułość całego systemu, zmniejszając, lub zwiększając grubość warstwy polimeru. E-skóra wynaleziona przez badaczy w Hajfie potrafi wykrywać nacisk już od dziesiątych części miligrama do dziesiątek gramów, a oprócz nacisku potrafi także wykryć wilgotność i temperaturę powietrza oraz obecność niektórych chemikaliów. Ponadto może dokonywać wielu takich pomiarów jednocześnie, na dużej powierzchni. A to wszystko wykorzystując minimalne napięcie, dzięki czemu do jej zasilania można użyć istniejących już baterii. Sensory, pomimo, że wykonane są w części ze złota są teoretycznie tanie w produkcji. Mogą znaleźć zastosowanie w protetyce, ale nie tylko. Szerokie możliwości daje także robotyka ze względu na to, iż obecnie roboty świetnie sprawują się w zakładach i fabrykach, gorzej natomiast przy wykonywaniu zadań  wymagających kontaktu z ludźmi, bądź przy niecałkowitej automatyzacji ich pracy. Pojawił się także pomysł na zastosowanie takich czujników w konstrukcjach budynków i mostów, aby w czasie rzeczywistym otrzymywać informacje o wszelkich mikropęknięciach struktury grożących wypadkiem.

Polimery zdolne do samo naprawy

samo gojaca skoraZ kolei badacze z Uniwersytetu Stanforda od przeszło 5 lat wdrażają w życie projekt stworzenia sztucznej skóry. Ostatnie doniesienia z roku 2010 mówią o bardzo czułej matrycy czujników nacisku. Następnie rok później usłyszeliśmy o stworzeniu rozciągliwych baterii słonecznych, które miałyby takową skórę zasilać. Natomiast ostatnim i chyba najbardziej spektakularnym odkryciem naukowców są polimery, które są zdolne do samo naprawy. Wiele dzisiejszych materiałów o zdolnościach samo naprawczych, potrzebuje do tego procesu specjalnych warunków jak wysoka temperatura czy promienie UV, natomiast materiał stworzony przez badaczy ze Stanfordu  naprawia się w temperaturze pokojowej bez żadnych dodatkowych czynników zewnętrznych. Kolejnym trudnym zadaniem była adaptacja tego materiału do przewodzenia impulsów elektrycznych, badacze dodali do struktury polimeru nanosiateczkę z niklu. Otrzymany w ten sposób materiał jest czuły na dotyk, giętki, ma właściwości samo naprawcze, a do tego przewodzi impulsy elektryczne. W trakcie testów polimer został pokrojony skalpelem, następnie obie części materiału zostały przytrzymane razem przez 15 sekund. Po upływie tego czasu okazało się, że przewodnictwo elektryczne w badanym fragmencie zostało przywrócone w aż 90 procentach. Natomiast po 10 minutach materiał był już naprawiony całkowicie i ponownie elastyczny. Sztuczna skóra przecięta nawet 50 razy w tym samym miejscu naprawiała się praktycznie bez strat wytrzymałościowych. Innowacyjny materiał nie jest jednak wystarczająco rozciągliwy. Nad tą cechą muszą popracować naukowcy, aby stworzyć sztuczną skórę - idealną.

Urządzenie diagnostyczne w tatuażu

e-skinW odróżnieniu od dwóch poprzednich omawianych urządzeń elektroniczna skóra stworzona przez grupę badawczą pod kierownictwem prof. Johna Rogersa na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign jest nie tyle tworem mającym zastąpić naszą skórę, ma się stać niemalże nową częścią naszego ciała. Elektroniczne urządzenie jest mniejsze niż znaczek pocztowy, ma przylegać do ludzkiej skóry niczym nietrwały tatuaż, a właściwościami fizycznymi przypomina naskórek. Zostało stworzone z myślą o nieinwazyjnym oraz wygodnym sposobie obserwacji medycznej wymagających specjalnej opieki pacjentów, jak na przykład wcześniaków. Nie jest to jednak jedyne zastosowanie dla tego urządzenia, ponieważ jest to swoiste połączenie ludzkiego ciała z elektroniką. Pomimo, że w dzisiejszych czasach urządzenia elektroniczne stają się coraz mniejsze, poręczniejsze oraz bardziej intuicyjne, to w dalszym ciągu, aby się nimi obsłużyć musimy je trzymać w ręku, dotykać, bądź gestykulować. Natomiast wykorzystując e-skórę możemy zintegrować człowieka z urządzeniem zewnętrznym, zacierając w ten sposób granicę między biologią, a elektroniką.

Największym wyzwaniem dla nanoinżynierów było dostosowanie sztywnych elementów elektronicznych do umieszczenia ich na delikatnej, elastycznej oraz rozciągliwej warstwie, którą można by było dopasować do powierzchni skóry. Zdecydowano się wykorzystać krzem, którego cienkie warstwy dobrze przewodzą prąd. Wykorzystywany jest do wytwarzania czipów (mikroprocesorów, mikrokontrolerów i innych układów scalonych), ogniw słonecznych oraz innych mikrourządzeń (np. mikrosystemów). Wadą tego materiału jest to, iż jest on kruchy, co znaczy, że łatwo może się złamać.  Jednak Rogers i jego koledzy z zespołu nadali materiałowi kształt miecha znanego z akordeonu (to ta część instrumentu, która wygląda jak poskładany arkusz gumy), dzięki temu możemy zwiększyć odległość między nićmi krzemu bez rozciągania samego materiału, co sprawia, że układ może pracować niezależnie od tego czy jest rozciągany. Z tak skonfigurowanego krzemu zostały wykonane potrzebne elementy elektroniczne, takie jak przewody, półprzewodniki, cienkie diody elektroluminescencyjne, ogniwa słoneczne, tranzystory i anteny. Wszystkie te elementy zostały ulokowane w plastycznej siatce, a następnie naukowcy umieścili cała tą warstwę między dwoma ochronnymi warstwami poliamidu (rodzaj polimeru). Ponadto cząsteczki polimeru i cząsteczki na powierzchni naskórka przyciągają się, co oznacza, że elektroniczna skóra jest na tyle cienka, że trzyma się na ciele tylko dzięki oddziaływań van der Waalsa, urządzenie nie potrzebuje więc kleju, ani żelu przewodzącego impulsy elektryczne. Przekłada się to na to, iż urządzenie praktycznie nie jest odczuwalne przez pacjenta noszącego je.

Poddawana testom sztuczna skóra pracowała skutecznie ponad 24 godziny między innymi na czole, przedramieniu,  klatce piersiowej, a nawet policzkach. Ponad to te samo urządzenie, ale umieszczone w różnych miejscach, daje inne rezultaty. Na przykład e-skóra przylegająca do przedramienia śledzi ruch oraz aktywność mięśni szkieletowych. Jeżeli umieścimy fragment na czole, urządzenie zapisuje działalność fal mózgowych. Natomiast czujnik ulokowany w okolicach serca da nam informacje o rytmie bicia serca.

Aparatura do monitorowania pracy serca w szpitalach jest niewygodna w użyciu dla pacjenta, a przede wszystkim nie jest to sprzęt przenośny. Było to także impulsem do stworzenia elektronicznej skóry - lekkiego, przenośnego i praktycznie nie odczuwalnego przez pacjenta urządzenia przytwierdzonego do skóry, które rejestruje różne parametry zdrowia. Po za odczytywaniem tętna oraz innych czynników diagnostycznych, elektroniczna skóra może działać jak opatrunek do leczenia ran, oparzeń oraz innych schorzeń dermatologicznych. Urządzenie może służyć także do elektronicznej stymulacji temperatury w okolicach rany, działało by wtedy jak inteligentny bandaż. Jeżeli chodzi o zastosowanie wewnątrz ciała, to w 2010 roku wprowadzono sztuczną skórę do serca pacjenta podczas operacji na otwartym sercu. Obwody elektroniczne mogą mierzyć przepływ krwi oraz dawać lekarzom sygnał o niewidocznych z zewnątrz problemach. Rzecz ma się podobnie z urządzeniem wszczepianym do powierzchni mózgu, które wykrywa elektryczne sygnały napadów epilepsji. Oprócz obserwacji sztuczna skóra mogła by wspomóc pacjentów na wiele innych sposobów. Pacjenci z chorobami krtani czy z niesprawnym narządem mowy mogliby się dzięki temu porozumiewać z otoczeniem, a w przypadkach zaników mięśniowych elektroniczna skóra mogła by służyć do stymulacji układu ruchu. Badacze myślą także o zastosowaniu e-skóry jako nowej drogi komunikacji człowieka z maszynami, bądź międzyludzkiej tylko za pomocą myśli. Otwiera to ogromne możliwości. Ludzie mogli by wtedy pracować razem, razem myśleć, a informacje były by przekazywane drogą impulsów elektrycznych prosto z ich umysłów.

W przyszłości badacze planują poprawić łączność bezprzewodową tych urządzeń oraz myślą nad zasilaniem ich ciepłem ludzkiego ciała.

Sztuczna skóra w protetyce

Dzisiejsze protezy są wyjątkowo sprawne, niektóre odczytują informacje z mięśni kikuta, bądź nawet nerwów. Są tak zaawansowane, że mogą naśladować czynności wykonywane zdrową kończyną. Pozwalają amputantowi wiązać buty, grać w karty, pisać na klawiaturze oraz wykonywać różne inne złożone czynności, bez większych kłopotów. Jednak ciągle są one jak drogi jednokierunkowe. Zbierają informacje od amputanta, lecz nie dostarczają mu ich. Proteza nie jest w stanie po prostu czuć, lecz elektroniczna skóra może to zmienić pozwalając osobom po amputacji doświadczyć zmian w środowisku zewnętrznym takich jak dotyk, wilgotność oraz temperatura jednocześnie. Dzięki temu będą mogli jeszcze lepiej sterować protezą oraz wykonywać wymagające większej precyzji czynności.

Pewnego dnia chirurdzy będą w stanie przywrócić człowiekowi utracone czucie za pomocą sztucznej skóry i wszystkie opisane w tym artykule urządzenia, materiały oraz badania nad nimi pomagają w realizacji tego celu. Miejmy nadzieje, że wszystkie trudności przy realizacji projektu e-skóry zostaną pokonane i będzie ona mogła być wykorzystywana we wszystkich zakresach opisanych przeze mnie.

{faqslider inline/sliders}

Literatura

[1] An electrically and mechanically self-healing composite with pressure- and flexion-sensitive properties for electronic skin applications - B. C-K. Tee, C. Wang, R. Allen, Z. Bao,  Nature Nanotechnology, 2012.

[2] Encyklopedia Badań Medycznych - W. Pacek, Wydawnictwo Medyczne MAKmed, Gdańsk 1996.

[3] Computers get under our skin. - L. Sanders, 10 września 2011, Science News.

[4] 25th Anniversary Article: The Evolution of Electronic Skin (E-Skin): A Brief History, Design Considerations, and Recent Progress - Mallory L. Hammock, Alex Chortos, Benjamin C.-K. Tee, Jeffrey B.-H. Tok, Zhenan Bao , 22 październik 2013, http://baogroup.stanford.edu/

[5] Elektroniczna skóra nadzoruje pracę serca -  http://portal.abczdrowie.pl/

[6] http://sciencereview.berkeley.edu/

[7] Stanford?s Artificial Skin Project ? Now Self-Healing! - Scott Jung,  12 listopada 2012, http://www.medgadget.com/

{/faqslider}


]]>
marcin.dziemianowicz@gmail.com (Marcin Dziemianowicz) Biomateriały Sun, 17 Nov 2013 00:35:56 +0000
Naprawi się sam - hydrożel http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/90-naprawi-się-sam-hydrożel.html http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/90-naprawi-się-sam-hydrożel.html

Samonaprawa to jedna z najistotniejszych właściwości tkanek żywych, która pozwala im przetrwać powtarzające się uszkodzenia. Przez wiele lat naukowcy próbowali stworzyć sztuczny materiał o podobnych zdolnościach, niestety bezskutecznie. Dziś możemy powiedzieć, że im się to udało. W laboratoriach Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) powstał samonaprawiający się żel, który z pewnością znajdzie zastosowanie w medycynie oraz w wielu innych dziedzinach naszego życia. Zespół Shyni Varghese stworzył hydrożel, który wiąże się w ciągu zaledwie kilku sekund, w dodatku na tyle mocno, że wytrzymuje wielokrotne rozciąganie.

Te wyglądające jak żelki struktury widoczne na zdjęciu powyżej to cząsteczki pierwszego na stałe usieciowanego hydrożelu, który naśladuje właściwości samonaprawcze żywej tkanki. Może nie są one słodkie jak żelki, natomiast słodka jest myśl, iż jesteśmy w stanie coraz lepiej udoskonalać wytwarzane przez nas struktury do wręcz idealnych układów występujących w przyrodzie.

Hydrożel ? budowa, właściwości

Najprostszym przykładem hydrożelu jest galaretka z żelatyny. Hydrożel jest to dwu lub więcej kompartmentowa substancja, która składa się z trójwymiarowej sieci łańcuchów polimerowych (substancja żelująca) i wody, która wypełnia przestrzenie pomiędzy makrocząsteczkami . Ze względu na dużą zawartość wody w swojej strukturze, ich elastyczność przypomina tkanki miękkie.

W hydrożelach poddanych sorpcji nie można wyodrębnić, tak jak w przypadku zawiesin czy emulsji, fazy rozpraszającej, gdyż woda i polimer wzajemnie się przenikają.

Uzyskanie błyskawicznie regenerujących się żeli było przedtem niemożliwe, przez co ich zastosowania były w dużym stopniu ograniczone. Zespół z San Diego tworząc hydrożel o nazwie A6ACA poradził sobie z tym wyzwaniem, wykorzystując wolne łańcuchy boczne. Wystają one ze struktury pierwotnej (pierwszorzędowej) i mogą się wzajemnie o siebie zaczepiać.

Podczas projektowania cząsteczek łańcuchów bocznych zespół wykorzystał symulacje komputerowe. Ujawniły one, że zdolność hydrożelu do samonaprawy zależy od długości łańcuchów bocznych. Hydrożele o optymalnej długości łańcuchów bocznych cząsteczek wykazują się najsilniejszymi właściwościami regeneracyjnymi. Jeżeli łańcuchy polimerowe są zbyt krótkie, nie są w stanie stworzyć dwóch hydrożelowych, naprzeciwległych powierzchni. Zaś jeżeli są zbyt długie, powrócą z powrotem do hydrożelu poprzez zjawisko zwane hydrofobowością. Podobnie jak olej nie miesza się z wodą, w długich łańcuchach bocznych cząsteczki nie oddziałują z cząsteczkami wody, ponieważ nie mogą osiągnąć na całej powierzchni hydrożelu zdolności do tworzenia wiązań.

Kiedy w kwasowym roztworze umieszczano dwa cylindry z hydrożelu z łańcuchami bocznymi o optymalnej długości, natychmiast do siebie przywierały. Zachowanie się hydrożelu można zaobserwować w filmie na stronie pod adresem: http://www.youtube.com/watch?v=wZhwGfOnydY.

Dalsze próby pokazały, że manipulując pH roztworu, kawałki hydrożelu można łatwo spajać przy niskim pH lub rozłączać (pH wysokie). Co ważne proces wielokrotnie powtarzano, bez szkody dla siły związania.

Zastosowania hydrożelu

Bioinżynierowie stworzyli żel, który posiada właściwości tkanek biologicznych, jest to niewątpliwie jedno z ważniejszych odkryć w dziedzinie inżynierii materiałowej. Taki produkt będzie miał  zatem wiele potencjalnych zastosowań. Z wielu wysuwanych propozycji, główną rolę odgrywają te na polu medycyny, są to między innymi: miękkie soczewki kontaktowe, opatrunki ran i oparzeń, kleje chirurgiczne, medyczne implanty i systemy, które będą odpowiedzialne za systematyczne dostarczania leków. Natomiast specjaliści sugerują, że to dopiero początek zastosowań tego wszechstronnego materiału.

Ten nowy rodzaj inteligentnego biomateriału może stworzyć ekscytujące możliwości nie tylko w dziedzinie ochrony zdrowia, ale także przemysłu i badań naukowych. Na przykład w tworzeniu obudów do telefonów, laptopów i innych urządzeń z samo naprawiającego się plastiku, co oznaczałoby brak rys oraz uszkodzeń. Kolejnym zastosowaniem może być wykorzystanie takiego materiału jako uszczelniacza przemysłowego do uszczelniania pojemników z różnymi niebezpiecznymi substancjami.

Wysoka wytrzymałość i elastyczność hydrożelu w środowisku kwaśnym, takim jak w żołądku, stwarza możliwości radzenia sobie z takimi problemami jakimi są łatanie perforacji żołądka, oraz leczenie wrzodów (przez systematyczne dostarczanie leków).

Największym wyzwaniem Amerykańskich naukowców w przyszłości będzie opracowanie hydrożeli działających także przy innych niż kwasowych wartościach pH.

{faqslider inline/sliders}
Literatura

[1] Rapid self-healing hydrogels - Ameya Phadkea, Chao Zhanga, Bedri Armanb, Cheng-Chih Hsuc, Raghunath A. Mashelkard, Ashish K. Leled, Michael J. Tauberc, Gaurav Aryab, and Shyni Varghesea, 2012.

[2] Hydrożele jako nowoczesna postać leku ? Katarzyna Sosnowska, 2009.

[3] http://www.pnas.org/

[4] http://pl.wikipedia.org

[6] Hydrogels for biomedical applications, Adv Drug Deliv Rev - A.S. Hoffman, 2002.

[7] http://www.jacobsschool.ucsd.edu/

{/faqslider}
]]>
marcin.dziemianowicz@gmail.com (Marcin Dziemianowicz) Biomateriały Sun, 03 Mar 2013 13:18:50 +0000
Sztuczne serce w Polsce http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/89-sztuczne-serce-w-polsce.html http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/89-sztuczne-serce-w-polsce.html

inżynieria biomedyczna, proteza sercaChoroby układu krążenia stanowią obecnie jeden z najważniejszych społecznych problemów zdrowotnych. Śmiertelność, jaka wiąże się z niewydolnością serca, przewyższa znacznie tą wynikającą z zachorowań na raka czy wypadków komunikacyjnych. Przełomem w leczeniu skrajnych postaci kardiomiopatii oraz choroby niedokrwiennej stał się przeszczep serca. W ciągu ostatnich 40 lat dokonano około 89 000 transplantacji na całym świecie, a postęp w dziedzinie kardiochirurgii przyczynił się do zmniejszania częstości występowania groźnych powikłań pooperacyjnych, w szczególności odrzucenia przeszczepu, dzięki czemu przeżywalność pacjentów w rok po zabiegu sięga 80%. Obecnie głównym ograniczeniem jest liczba dawców. Szacuje się, że spośród pacjentów, dla których jedynym ratunkiem na przeżycie jest przeszczep serca, szansę na operację ma około 20% z nich. Stąd konieczność poszukiwań innych rozwiązań, w szczególności opracowania urządzeń, które zastępowałyby ludzki organ.

Powyższe rozwiązanie było inspiracją dla naukowców już przeszło pół wieku temu (Pierwsze sztuczne serce), natomiast w Polsce od kilku lat realizowany jest narodowy Program Polskie Sztuczne Serce, mający na celu opracowanie rodziny protez serca, które spełniałyby określone wymagania, zarówno pod względem długości pracy jak i właściwości konstrukcyjnych. Liczne aplikacje kliniczne mechanicznego serce dowodzą dużej i rosnącej skuteczności wdrożonego systemu.

Pierwsze sztuczne serce

Prace nad sztucznym organem, które byłoby w stanie przepompować odpowiednią ilość krwi rozpoczął w 1957 roku Willem Kolff, lekarz holenderskiego pochodzenia, pracujący w Cleveland Clinic w USA. W miejsce serca psa wstawił on sterowaną pneumatycznie pompę wykonaną z polichlorku winylu. Zwierzę przeżyło 90 minut. Wieloletnia współpraca lekarza z jego studentem Robertem Jarvik?em oraz chirurgiem weterynaryjnym Donem Olsen?em zaowocowała ulepszeniem urządzenia. W 1977 roku proteza serca wykonana z aluminium i plastiku została opatentowana pod nazwą Jarvik-7, a kilka lat później naukowcy uzyskali pozwolenie na implantację pompy do organizmu człowieka. Wszczepiona wreszcie w 1982 roku i zaopatrzona w zewnętrzny mechanizm napędowy i układ zasilający, utrzymywała pacjenta przy życiu przez 112 dni. Kolejny model serca ? Jarvik 2000, wykonany ze stali i tytanu, to mierząca kilka centymetrów pompa wirowa zasilana niewielką baterią, połączoną z sercem przewodem wyprowadzanym na zewnątrz przez powłokę jamy brzusznej.
Do najistotniejszych problemów związanych ze stosowaniem powyższych urządzeń należało wysokie ryzyko wystąpienia zakrzepów spowodowane np. kontaktem materiału, z jakiego wykonana jest proteza z krwią pacjenta oraz zakażenia wynikające z konieczności zasilania sztucznego organu z źródeł zewnętrznych.

Program Polskie Sztuczne Serce

W Polsce na niewydolność serca choruje blisko milion osób. W przypadku, gdy nie ma szans na poprawę po tymczasowym odciążeniu serca poprzez zastosowanie pomp wspomagających oraz gdy serce pacjenta nie jest w stanie doczekać znalezienia dawcy, idealnym rozwiązaniem staje się pompa implantowana całkowicie wewnętrznie.
Polskie Sztuczne Serce to narodowy program, którego okres realizacji zaplanowano na lata 2007-2012, a więc obecnie wchodzi w etapy końcowe. Przez ten czas wspólne wysiłki naukowców z wielu instytutów naukowo-badawczych oraz ośrodków medycznych skierowane były na stworzenie nie tylko prototypu całkowicie wszczepialnej protezy, ale opracowanie całej rodziny protez, które znajdą zastosowanie w różnych stopniach niewydolności serca.
Podział zaprojektowanych urządzeń oparty na wymaganym przedziale czasowym pracy protezy, rodzaju niewydolności serca oraz dostosowanej strategii leczenia wygląda następująco:

  • pozaustrojowa, pulsacyjna komora wspomagania serca, służąca do krótkoterminowego (kilka tygodni do kilku miesięcy) wspomagania serca stosowana w przypadku ostrej niewydolności serca
  • częściowo wszczepialna, pulsacyjna komora wspomagania serca, bądź pompa wirowa docelowo mające mieć zastosowanie w przewlekłej niewydolności krążenia przez okres kilku miesięcy do kilku lat
  • długookresowa całkowicie implantowalna proteza serca, pracująca przez nieograniczony czas, przeznaczona głownie dla pacjentów z kardiomiopatią, u których nie można przeprowadzić transplantacji serca

W przypadku dwóch pierwszych strategii, tymczasowe komory wspomagania serca to rozwiązanie stosowane w celu odciążenia naturalnego serca chorego, które w tych warunkach ma szanse na regenerację, bądź stanowiące etap poprzedzający transplantację, na którą chory może bezpiecznie poczekać. Zastąpienie serca protezą to ostateczność, gdyż w przypadku jakiejkolwiek awarii urządzenia szanse przeżycia są minimalne.
inżynieria biomedyczna, proteza sercaAby zapewnić przepływ krwi w ciele pacjenta zbliżony do naturalnego projektowane protezy są urządzeniami pulsacyjnymi. Przy częściowym wspomaganiu serca, dopuszczalne jest również stosowanie pomp o przepływie ciągłym, gdyż samo serce pacjenta podtrzymuje pulsacyjny charakter przepływu. Takie miniaturowe pompy mogą być wszczepiane w bliskim sąsiedztwie serca chorego. Wirniki zawieszone w polu magnetycznym są zasilane i sterowane przez powłoki skórne pacjenta.
Zastosowanie zarówno w pełni implantowanego sztucznego serca jak i czasowych protez wymaga bezwzględnego spełnienia przez urządzenie kilku warunków. Przede wszystkim materiał, z jakiego jest wykonane musi być trwały i biokompatybilny.
Poliuretan który zastosowali Amerykanie w 2001 roku, wprowadzając do użytku pierwsze kompletne zasilane bezprzewodowo urządzenie - Abio-Cor produkowane przez firmę Abio-Med, okazał się na tyle trombogenny, że pacjenci musieli przyjmować leki zapobiegające powstawaniu zakrzepów, co i tak nie uchroniło ich przed śmiercią.
Osiągnięciem Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu jest wykorzystywany od kilkunastu lat w praktyce i wyróżniony wieloma nagrodami na wystawach krajowych i zagranicznych System Wspomagania Serca POLCAS. Składa się on między innymi z pozaustrojowej komory wspomagania serca (POLVAD-MEV), będącej pneumatyczną poliuretanową pompą zaopatrzoną w sterownik. Z kolei model implantowalnej protezy serca (POLVAD-IMPL) wykonany jest z tego samego polimeru dodatkowo pokrytego nanowarstwą azotku tytanu.
Prace w ramach Programu Polskie Sztuczne Serce pozwoliły na modernizację istniejących rozwiązań oraz stworzenie nowych, o lepszych właściwościach.

Wymagania dotyczące budowy i konstrukcji

W celu minimalizacji ryzyka wykrzepień opracowano metody wytwarzania biokompatybilnego materiału do produkcji protez, jak również sposoby modyfikacji ich powierzchni. Dla komór wspomagania serca o krótkim czasie działania są to biodegradowalne, atrombogenne powłoki hydrożelowe, a dla wszczepialnych protez - warstwy o wysokiej trwałości na bazie węgla diamentopodobnego, tytanu, azotku tytanu i dwutlenku tytanu. Sam proces nanoszenia może przebiegać w oparciu o różne technologie.
inżynieria biomedyczna, proteza sercaSztuczne serce musi być połączone z układem naczyniowym pacjenta. W tym celu stosuje się poliestrowe protezy naczyniowe, które również wymagały modyfikacji w celu ich uszczelniania.
Kolejnym zadaniem dla inżynierów było zaprojektowanie układu dla bezprzewodowej transmisji energii i danych do protezy serca. Nowe sterowniki charakteryzują się większym bezpieczeństwem oraz mniejszą wagą i rozmiarami, co przekłada się na mobilność całego, kompletnego urządzenia, a więc większą wygodę pacjenta. Dzięki ulepszonemu systemowi zdalnego sterowania możliwy jest pomiar i nadzorowanie dużej liczby parametrów biologicznych w protezach w sposób ciągły, a przekroczenie pewnych zdefiniowanych wartości sygnalizowane jest alarmem.

Polskie sztuczne serce w praktyce klinicznej

W trakcie realizacji projektu u kilkudziesięciu pacjentów zastosowano system wspomagania serca POLCAS, przede wszystkim jako pomost przed transplantacją serca. Dzięki wprowadzanym modyfikacjom możliwe było między innymi wydłużenie okresu wspomagania serca, zakończone pozytywnym wynikiem ? przeszczepem lub regeneracją. Z kolei 4 chorym wszczepiono pompy Heart Ware (pompy wirowe III generacji), co przyczyniło się do poprawy ich stanu i rozszerzenia możliwości dalszego leczenia.
Odrębnym wyzwaniem jest opracowanie protez serca przeznaczonych dla dzieci. Taka pediatryczna komora wspomagania serca musi różnić się między innymi wymiarami, grubością kaniul łączących pompę z układem krwionośnym oraz możliwością dostosowania wydajności pompy wspomagającej rosnące serce do aktualnych potrzeb. Implantowane protezy serca jako alternatywa dla przeszczepu mają umożliwić choremu nie tylko przeżycie, ale prowadzenia normalnego, aktywnego życia.
{faqslider inline/sliders}

Literatura

[1]. Ramakrishna H., Pajaro Octavio E., Heart transplantation in the era of continuous flow ventricular assist devices and the total artificial heart: Will new technologies surpass the gold standard, Annals of Cardic Anaesthesia, Vol 14:3, Sep-Dec-2011

[2]. http://www.silaserca.pl/polskie_sztuczne_serce.html (03/25/20012)

[3]. http://frk.pl/index.php?IdLang=0&IdKat=1092661694&IdStr=1093431685 (03/25/20012)

[4}. http://www.pwpss.pl/ (03/25/20012)

[5}. http://www.achievement.org/autodoc/page/kol0bio-1 (03/25/20012)

[6]. El Fray M., Czugala M., Polish artificial heart program, WIREs Nanomed Nanobiotechnol 2011. doi: 10.1002/wnan.175

{/faqslider}





]]>
anparadowska@wp.pl (Anna Paradowska) Biomateriały Sat, 21 Apr 2012 17:47:21 +0000
Biodrukarki 3D-całkowicie nowe spojrzenie na transplantologię. http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/88-biodrukarki-3d-całkowicie-nowe-spojrzenie-na-transplantologię.html http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/88-biodrukarki-3d-całkowicie-nowe-spojrzenie-na-transplantologię.html

Schemat biodrukowaniaMedycyna poszukując wciąż nowych rozwiązańgodnych XXI wieku, coraz odważniej czerpie pomysły z dorobku techniki. Tym razem okazało się, że technologia druku atramentowego zainspirowała naukowców do niezwykłych zastosowań. Już istnieją maszyny, dzięki którym wkrótce pacjenci nie będą musieli czekać na organy do przeszczepów...

Pierwsza komercyjna drukarka organów została zbudowana przez firmę biomedyczną Invetech i dostarczona do Ogranovo, firmy pionierskiej w technologi biodruków. Drukarka obecnie jest w stanie produkować arterie, które lekarze będą mogli używać w operacjach wszczepiania bajpasów i to już za około pięć lat. Na inne, bardziej złożone części ludzkiego ciała, takie jak kości, serce, wątroba, trzeba będzie poczekać jeszcze dziesięć lat. Prócz nadziei na wielki przełom w medycynie, przez skrócenie czasu oczekiwania na nowy organ dla chorego, jest także ogromna szansa na wyeliminowanie odrzutów. Jeśli zastosować by własne komórki pacjenta do produkcji tkanek, zagrożenie nieprzyjęcia przez ciało przeszczepu byłoby znikome.

Taka specjalna drukarka jest uzupełniana pojemnikiem z żywymi komórkami. Przygotowane oprogramowanie utrzymuje temperaturę, lepkość oraz opór elektryczny "farb biologicznych" na odpowiednim poziomie. By nadruk tworzył trójwymiarowe struktury i ?nie rozpływał się? stosuje się termoodwracalny żel, opracowany przez dr Annę Gutowską z Pacific Northwest National Laboratory Richland (stan Waszyngton). W temperaturach poniżej 20 stopni Celsjusza jest on płynem, a powyżej 32 ciałem stałym. Napylając na przemian żel i warstwy tkanek można budować dowolne konstrukcje 3D. Kiedy struktura jest gotowa, całość chłodzi się, by żel samoczynnie wypłynął.
W Akademii Medycznej Wake Forest, USA, naukowcom udało się stworzyć skórę przydatną do przeszczepów, np. do leczenia oparzeń. Wykonuje się skan uszkodzonej części ciała, a następnie maszyna drukuje ?na rozmiar? warstwę skóry potrzebną w terapii. Biologiczne "farby"powstają z komórek skóry, kolagenu i koagulantów. Po połączeniu farby z bio-żywicą organ nadaje się do nałożenia na uszkodzone miejsce.

Zespół prof. Jake?a Barraleta z McGill University w Montrealu skoncentrował się na odbudowywaniu kości. W procesie najpierw nanosi się proszek, z którego konstruowana jest kość, a następnie kwasowy żel utwardzający, warstwa po warstwie. Odtworzenie całego elementu kości trwa ok. 10 minut. Produkt kostny gotowy jest na wszczep do ciała pacjenta, gdzie ulega zrośnięciu z tkanką biorcy. Ta technika będzie najbardziej przydatna tam, gdzie potrzebujemy bardzo dokładnego dopasowania. Na przykład w chirurgii rekonstrukcyjnej lub kosmetycznej ? mówił prof. Barralet dziennikowi ?Daily Mail?.

Biodrukarki alternatywą dla inżynierii tkankowej

Technika Biodruków stanowi alternatywę tam, gdzie tradycyjna inżynieria tkankowa sobie nie radzi. Największym problemem wciąż pozostaje wytwarzanie złożonych struktur trójwymiarowych. Na przykład naczynia krwionośne składają się z kilku typów ściśle połączonych komórek. Dotychczasowe próby hodowli doprowadziły do powstania krótkich i łatwo pękających tętnic. Dzięki biodrukarkom będzie można wyprodukować tętnice o wytrzymałości znacznie większej od tych naturalnych,wzmacniając ich ściany syntetycznymi dodatkami.

Specjaliści z Carnegie Mellon University pracują na komórkach macierzystych umieszczanych w  specjalnie komponowanych roztworach decydujących o tym, w jakie tkanki  te komórki się zamienią. Drukarka nanosi białkową odżywkę, później substancje niezbędne do różnicowania się komórek macierzystych i na koniec same komórki. ? To jak nakładanie atramentu na papier. W zależności od tego, jakie substancje znajdują się w tym miejscu płytki, komórki dzielą się na różne linie ? wyjaśniła Julie Jadlowiec-Phillippi.

Przeszczepy

W przyszłości nowa technologia ulepszy także stosowane już dziś przeszczepy. Zespołowi uczonych z Wake Forest University pod kierunkiem prof. Anthony'ego Atali, udało się niedawno wyhodować pęcherz moczowy, który dzięki drukarce mógłby wzbogacić o nerwy i naczynia krwionośne. Dzięki temu realne stałoby się implantowanie już kompletnego narządu cierpiącym na raka pęcherza.
Istnieje przekonanie, że dzięki rozwojowi nanotechnologii będziemy mogli manipulować nie tylko kroplami pełnymi komórek, co dzieje się obecnie, ale i pojedynczymi komórkami. Wszystko wskazuje na to, że jesteśmy na dobrej drodze, co udowodnili brytyjscy naukowcy, drukując zespół w pełni sprawnych neuronów. To ogromna szansa na postęp w walce z chorobami takimi jak Alzheimer czy Parkinson, gdzie niezbędne są przeszczepy komórek nerwowych.

Cóż, to czym Science Fiction było jeszcze wczoraj, jest już medycyną dnia dzisiejszego!

]]>
anja.stec@gmail.com (Anna Stec) Biomateriały Sat, 13 Nov 2010 23:42:24 +0000
Hydrokolano http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/87-hydrokolano.html http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/87-hydrokolano.html

proteza kolanaJako że kolano jest najbardziej wymagającą częścią w protezach sportowych, poświęca się mu sporo uwagi a przez to umożliwia rywalizacje sportowcom z amputowanymi kończynami powyżej kolana. Jednakże kolana te dalej nie są w stanie dorównać zdrowym co ogranicza tą grupę zawodników w dyscyplinach biegowych. Zastosowano w nich hydraulikę olejową, gdyż hydraulika powietrzna jest za wolna i nie sprawdzała by się w tak intensywnych biegach sprinterskich. Przepływ oleju umożliwiają specjalne zawory i wentyle , z kolei
metalowe odbojniki ograniczają ruch, gdyż kolano nie może prostować się zbyt szybko. Jako łącznik miedzy stopa protezową a kolanem stosuje się elementy tytanowe bądź aluminiowe.

Czynnikiem stwarzającym najwięcej problemów przy realizacji protezy hydrokolana jest  dopasowanie leja do kikuta. Jest to bardzo ważny element, decydujący o skuteczności protezy a także o bezpieczeństwie zawodnika. Jak już było wcześniej wspomniane leje produkuje się głównie z materiałów termoplastycznych, gdyż umożliwiają one ciągłą ich obróbkę i możliwie jak najdokładniejsze dopasowanie do kikuta. Podczas mocowania stosuje się również podciśnienie oraz wykonaną z silikonu bądź elastomeru specjalną ?skarpetę?.

{faqslider inline/sliders}
Literatura

http://www.niepelnosprawni.pl/

{/faqslider}
]]>
gtoporek@gmail.com (Grzegorz Toporek) Biomateriały Sat, 06 Mar 2010 20:44:53 +0000
Protezy sportowe - Protetyka kończyn dolnych http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/86-protezy-sportowe-protetyka-kończyn-dolnych.html http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/86-protezy-sportowe-protetyka-kończyn-dolnych.html

protezaZnaczący rozwój protetyki sportowej rozpoczął się po II wojnie światowej, kiedy sportowcy uczestniczący w paraolimpiadach zaczęli wymieniać swoje protezy, których używali na co dzień na protezy specjalistyczne. Zmiany nastąpiły zarówno w doborze materiału (rezygnacja z dominującego do tej pory drewna) jak i kształcie, gdyż przestano imitować ludzkie kończyny a skupiono się na dynamice protezy. Popularne stały się takie materiały jak: aluminium, molibden, tytan, silikon i tworzywa sztuczne oraz przede wszystkim włókna węglowe, które dzięki swym dobrym parametrom mechanicznym zyskały największe uznanie. Pojawienie się hydraulicznych kolan protezowych oraz udoskonalenie osadzania kikutów w protezach umożliwiły start wielu nowym zawodnikom.

Nastawiono się na produkcje protez pod konkretną dyscyplinę a także pod konkretnego sportowca,  uwzględniając jego parametry ciała i możliwości. W fazie przygotowań protezy największy problem stanowi dopasowanie jej do warunków danego zawodnika. W zależności od dyscypliny protezy różnią się kształtem, materiałem z jakiego są wykonane co jest oczywiste, jednakże znaczące różnice zachodzą również w obrębie jednej dyscypliny. W przypadku protez biegaczy na krótszych dystansach stosuje się stopy twardsze (siła nacisku jest większa) podczas gdy już na dystansie 400 metrów należy zastosować stopę bardziej elastyczną, aby zawodnik nie tracił za dużo energii. Przy projektowaniu danej protezy należy zwrócić uwagę na dyscyplinę, ciężar zawodnika, stopień wytrenowania oraz styl w jakim biega, aby proteza możliwie najdokładniej zastępowała utraconą kończynę.

{faqslider inline/sliders}
Literatura

http://www.niepelnosprawni.pl/

{/faqslider}
]]>
gtoporek@gmail.com (Grzegorz Toporek) Biomateriały Sat, 06 Mar 2010 20:34:13 +0000
Osseointegracja - implant protezowy http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/85-osseointegracja-implant-protezowy.html http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/85-osseointegracja-implant-protezowy.html

osseointegracjaOsseointegracja (osteointegracja) czyli strukturalne i czynnościowe połączenie pomiędzy żywą kością i powierzchnia obciążonego wszczepu. Prowadzone od wielu lat eksperymenty z zastosowaniem implantów kostnych do protetyki kończyn mają na celu zastąpienie nimi konieczności używania leja protezowego. O ile technika ta z powodzeniem stosowana jest w protetyce zębowej o tyle w ortopedii stawia swoje pierwsze kroki. W metodzie tej wykorzystuje się fakt że tlen zawarty w tkance kostnej tworzy na powierzchni tytanowego wszczepu warstwę dwutlenku tytanu, na której może odkładać się nowa tkanka kostna służąca za mocowanie implantu. W niektórych krajach przeprowadzono już operację połączenia kości udowej ze specjalnym łącznikiem tytanowym, który po upływie maksymalnie 18 miesięcy i zrośnięciu się z kością stanowi adapter protezy.

Jedną z najbardziej popularnych metod uzyskania aktywnej warstwy na powierzchni implantu, pozwalającej na osteointegrację, jest pokrycie implantu hydroksyapatytem. Hydroksyapatyt to porowata substancją ceramiczna, która ma właściwości osteokonduktywne, a więc stymuluje wzrost żywej tkanki kostnej na powierzchni implantu.

]]>
gtoporek@gmail.com (Grzegorz Toporek) Biomateriały Sat, 06 Mar 2010 20:10:29 +0000
Implanty w leczeniu schorzeń kręgosłupa http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/84-implanty-w-leczeniu-schorzeń-kręgosłupa.html http://www.inzynieria-biomedyczna.com.pl/biomaterialy/item/84-implanty-w-leczeniu-schorzeń-kręgosłupa.html

Sztuczny dysk biomateriałyKręgosłup, ze względu na funkcje jakie pełni w organizmie, jest niezbędnym narządem do prawidłowego funkcjonowania człowieka. Pomimo iż jest dobrze chroniony przez tkankę mięśniową jak i tłuszczową, często dochodzi do uszkodzenia (zarówno poprzez czynniki naturalne jak i losowe zdarzenia). Przywrócenie sprawności narządu stanowi często o życiu i śmieci człowieka. Istnieje wiele technik operacyjnych, które w większym lub mniejszym stopniu mogą się do tego przyczynić, jednak w ostatnich latach pojawiła się nowa grupa narzędzi chirurgicznych usprawniających proces leczenia i dająca nadzieję na powrót do zdrowia dla pacjentów. Są nimi implanty do leczenia schorzeń kręgosłupa.

W artykule przedstawiono przykładowe implanty kręgosłupa, jakie obecnie wykorzystuje się w medycynie regeneracyjnej: koszyki, sztuczny dysk, czopy międzytrzonowe, śruby transpedikularne, śruby transpedikularne z rozszerzaną końcówką, implanty z PEEK. Omówiono ich budowę, funkcje oraz sposób działania.

Implanty kręgosłupa dostępu operacyjnego przedniego

Koszyki

Koszyki toImplant koszyk inaczej protezy trzonów kręgosłupa. Stosuje się je w momencie gdy konieczne jest usunięcie trzonu (np. z powodu nowotworu) i zastąpienie sztucznym elementem. W ten sposób pełnią one także funkcje wspierania przedniej kolumny kręgosłupa. Mają postać cylindrycznej, perforowanej siatki. Swoją nazwę zawdzięczają temu iż wypełnione są przeszczepami kostnymi, bądź też innymi materiałami (np. cementami kostnymi), których głównym zadaniem jest zapełnienie ubytku.

Wyróżnia się dwa podstawowe typy koszyków:

  • Koszyk stały - cylindryczna tuleja, która dzięki otworom umiejscowionym na ścianach umożliwiają przerosty kostne.
  • Koszyk rozsuwany - posiada śrubowy mechanizm rozsuwania [1].

Sztuczny dysk

Ze względu na ilość usuwanego materiału kostnego, możemy wyróżnić dwa typy implantacji:

  • Całkowite zastąpienie dysku
  • Zastąpienie jądra dysku

W pierwszym przypadku usuwany jest dysk całkowicie i na jego miejsce wstawiany  implant (pomiędzy dwa sąsiednie kręgi), natomiast w drugim zastępuje się zaledwie środek implantu (jądro).

Na rynku istnieje wiele typów sztucznych dysków, najpowszechniejszym rozwiązaniem jest obecnie zastosowanie dwóch podstawowych elementów do jego budowy: dwóch metalicznych krążków o zębatych zakończeniach oraz elastycznego rdzenia z polietylenu [2].

Implanty kręgosłupa dostępu operacyjnego tylnego

Czopy międzytrzonowe

Obecnie bardzo często spotykanym schorzeniem są bóle krzyża. W przypadku niektórych pacjentów wymagane jest leczenie operacyjne polegające na stabilizacji części lędźwiowej kręgosłupa. Spondylodeza międzytrzonowa polega głównie na odtwarzaniu i utrzymaniu wysokości przestrzeni międzykręgowej, a także na zwiększeniu pojemności kanału kręgowego i kanałów korzeniowych. Bardzo dużą rolę w leczeniu odgrywają więc czopy międzytrzonowe.

Wyróżniamy następujące typy czopów: czopy cylindryczne, prostopadłościenne i rotacyjne (prostokątne).

Najczęściej stosuje się gwintowane czopy cylindryczne. Ich zasadniczą zaletą przy stabilizacji międzytrzonowej jest mocne zagnieżdżenie w kości trzonów ze względu na gwintowaną powierzchnię. Czop wkręcany jest z dostępu operacyjnego tylnego za pomocą specjalnego instrumentarium przypominającego śrubokręt, wykonanego np. z PEEK lub stopu tytanu [3].

Śruby jako implanty kręgosłupa

Śruby transpedikularne (przeznasadkowe)

Śruba transpedikularna składa się z następujących części: część gwintowana, tzw. kostna, która jest trwale osadzona w tkance kostnej kręgu o największej gęstości i wytrzymałości; część chwytowo-mocująca (łeb śruby), która umożliwia na połączenie śruby z innym instrumentarium stabilizacyjno-korekcyjnym, jak płytki czy pręty; oraz część pośrednia łącząca łeb z gwintem. Dodatkowo śruby repozycyjne i wyciągowe zaopatrzone są na końcu w odcinek gwintowy, który może posłużyć jako element wykonujący czynności repozycyjne [4].

Śruby transpedikularne z rozszerzaną końcówką

W celu zwiększenia stabilizacji śruby po osadzeniu w kości stosuje się rozszerzanie jej końca, co zwiększa wytrzymałość na siłę wyrywającą o 30%, a u pacjentów z osteoporozą nawet o 50 %, w porównaniu z innymi rozwiązaniami [5].

Implanty oparte na PEEK

Pierwsze zastosowanie polimerów PAEK miało miejsce w 1990 roku, kiedy firma AcroMed z Cleveland wprowadziła na rynek czopy miedzytrzonowe wykonane z tego polimeru. Czopy zostały wykonane do stabilizacji wewnętrznej, lędźwiowej i szyjnej części kręgosłupa, przy leczeniu degeneracji dysków międzykręgowych. Początkowo ze względu na wymagania związane z implantacją, czopy tworzone były z tytanu przy czym ich konstrukcja zawierała liczne przerwy aby kość mogła przerastać implant. Pojawił się jednak spore problem. Pierwszy poległa na wysokiej sztywności tytanu, który wprowadzony pomiędzy kręgi powodował wysoką kumulację naprężeń. Drugi związany był  z obrazowaniem medycznym pooperacyjnym. Ze względu na duży wskaźnik pochłaniania przez tytan promieniowania rentgenowskiego, nie można obserwować kolejnych stadium wrastania kości w implant. Dopiero wprowadzenie do produkcji czopów polimerów z PAEK pozwoliło na pozbycie się występujących problemów. Na sukces kliniczny i komercyjny nie trzeba było długo czekać. Czopy nazwane później czopami Brantigana zyskały ogromne uznanie wśród chirurgów, i doprowadziły do zwiększenie zainteresowania rodziną polimerów PAEK.

Badania dotyczące gęstości radiologicznej implantów wykonanych z PEEK i PEKEKK były przeprowadzane wielokrotnie. Wszystkie wykazały, że obrazowanie polimerowych implantów jest bardzo łatwe i pozwala na dokładne oglądanie fuzji kości z instrumentarium w warunkach in vivo. Jest tak ze względu na słabe pochłanianie promieniowanie rentgenowskiego przez polimery z rodziny PAEK, które określone jest z pomocą skali Hounsfielda. Dzięki temu cień implantu nie zasłania zrastającej się wewnątrz kości, a chore miejsce może być obrazowane za pomocą np. RTG lub CT [6].

Jest to zaledwie niewielki przegląd implantów do leczenia kręgosłupa. Grupa ta nieustannie się powiększa, dając ludziom coraz to nowe i efektywniejsze techniki walki ze schorzeniami głównego rusztowania organizmu.

{faqslider inline/sliders}
Literatura

[1]. Ciupik L. F., Zarzycki D., System DERO; Rozwój technik operacyjnego leczenia kręgosłupa, Polska Grupa DERO i LfC, Zielona Góra, 1997.

[2]. http://www.eorthopod.com/ (12/05/2009).

[3]. Ciupik L., Hakało J., Zarzycki Z., Jednoczesne odbarczenie przestrzeni międzytrzonowej poprzez rotację czopa prostokątnego ze stabilizacją w zmodyfikowanej metodzie R-PLIF, Polska Grupa DERO; Stowarzyszenie Studiów i Leczenia Kregosłupa, Zielona Góra, 2005.

[4]. Johnston L. T, Karaikovic E. E, Lautenschlager E. P., Marcu D., Cervical pedicle screws vs. lateral mass screws: uniplanar fatigue analysis and residual pullout strengths, The Spine Journal 6, 2006, 667?672.

[5]. Cook S., Barbera J., Rubi M., Salkeld S., Whitecloud T., Lumbosacral fixation using expandable pedicle screws: an alternative in reoperation and osteoporosis, The Spine Journal 1, 2001, 109?114.

[6]. Kurtz S. M., Devine J. N., PEEK Biomaterials in Trauma, Orthopedic, and Spinal Implants, Biomaterials 28, 2007, 4845?4869

{/faqslider}
]]>
pnajder@gmail.com (Przemysław Najder) Biomateriały Mon, 15 Feb 2010 19:19:11 +0000