Biomateriale polimerice

In prezent, materialele polimerice ocupa un loc foarte important in toate domeniile activitatii umane, luand parte din ce in ce mai mult la viata de zi cu zi. Dintre acestea, biomaterialele polimerice - simple sau compozite - constituie un subiect foarte actual si cu o dinamica deosebita, data fiind diversitatea necesitatilor din domeniul medical si farmaceutic. La ora actuala se cauta ameliorarea calitatii implanturilor si a dispozitivelor de analiza minim-invaziva a organismului, cresterea biocompatibilitatii si a rezistentei la coroziune a materialelor care urmeaza sa intre in contact direct cu tesuturile biologice, punerea la punct a unor sisteme-vectoare performante, care sa duca la organul-tinta diferite principii biologic-active, perfectionarea sistemelor de eliberare controlata a medicamentelor in organism.Asimilarea compusilor macromoleculari sintetici in medicina si terapeutica, domenii interdisciplinare, trebuie sa raspunda complexitatii problemelor de utilizare ce rezulta din contactul temporar sau de lunga durata al materialelor polimerice cu tesuturile si substantele biologice. In acest context, sunt definite ca biomateriale polimerice acei polimeri sau compozite polimerice atestate ca biocompatibile in contact cu biostructurile.

Polimerii candidati pentru utilizari biomedicale trebuie sa se conformeze unei varietati de cerinte care apar fie din structura lor chimica si fizica (criterii fizice, chimice si mecanice), fie din mediul fiziologic unde ei vor fi utilizati (criteriul biologic). Pe langa necesitatea sterilizarii materialelor de uz clinic, cerintele privitoare la biomateriale se impart in doua categorii:

cele care includ proprietatile fizice (de exemplu, rezistenta mecanica) si care se aplica la cantitatea totala de material;

cele care implica interactiunile dintre biomateriale si sistemul biologic, si care se aplica interfetei ori proprietatilor suprafetei.

Abilitatea de a inlocui organele bolnave si vasele de sange, total sau partial, a determinat cresterea perioadei de viata a multor persoane. Biomaterialele sunt substante sau compusi ai diferitelor substante care pot fi folosite pentru tratarea, regenerarea sau inlocuirea oricarui tesut, organ sau functie a organismului.

O varietate mare de biomateriale sunt utilizate astazi in afara domeniilor traditionale si anume: in chirurgia plastica si reconstructiva, stomatologie si refacerea muschilor si oaselor. Organele artificiale, de exemplu, pot juca un rol important in medicina preventiva, in special, pentru ultimul stadiu de distrugere al organului. De aceea, doar cateva materiale plastice se intalnesc utilizate regulat in implanturi chirurgicale. Desi se afla la dispozitie un numar mare de materiale, biocompatibilitatea si proprietatile mecanice, au restrans sever numarul actual de polimeri ce pot fi folositi in domeniul medical.

Biomaterialele trebuie sa fie aiba un grad mare de puritate si de aceea se renunta adesea la utilizarea claselor de aditivi care nu sunt indispensabile prelucrarii sau functionarii produselor din materialele respective. Gama aditivilor include stabilizatori, antioxidanti, plastifianti si materiale de umplutura care sunt adaugati la polimerii comerciali pentru a evidentia proprietatile fizice si mecanice specifice. Pentru o perioada mai scurta sau mai lunga de timp, migrarea acestor componente pentru tesuturile adiacente si fluidele biologice este nedorita, aditivii trebuind eliminati inainte de utilizare. In plus, o serie de proprietati favorabile ale polimerilor pot fi obtinute nu prin utilizarea de aditivi ci prin varierea structurii chimice, de exemplu prin folosirea de copolimeri adecvati, in locul homopolimerilor.

Candidatele la biomateriale trebuie sa indeplineasca cateva cerinte, descrise ca fiind proprietatile fizice si mecanice ale polimerilor. Parametrii de interes includ: geometria dispozitivului implantului sau componentului, gradul de umflare la echilibru, gradul de reticulare, gradul de cristalinitate, proprietatile elastice, raspunsul la tensiune, forfecarea, propagarea ruperii, rezistenta la oboseala si comportarea vasco-elastica in timp-temperatura.

Degradarea termica este mai putin importanta la biomateriale datorita micilor fluctuatii relative a temperaturii in majoritatea aplicatiilor biomedicale. Biomaterialele trebuie turnate imediat sau modelate in filme, tije, tuburi sau alte forme geometrice complexe. Injectia, turnarea rotationala si rasucirea sunt tehnici dorite in obtinerea polimerilor. Biomaterialele trebuie sa fie sterilizate, fara alterarea formei sau proprietatilor si fara absorbtia permanenta a agentilor de sterilizare. Ele nu trebuie sa includa reactii inflamatoare cand vin in contact cu tesuturile naturale si acestea nu trebuie sa fie degradate in prezenta enzimelor naturale din fluidele biologice.

Mergand dupa aceste principii, referatul de fata urmareste prezentarea principalelor clase de biomateriale polimerice multifazice, cu aplicatiile medicale corespunzatoare, precum si cei mai importanti polimeri sintetici care intra in componenta acestor biomateriale polimerice compozite. Scopul producatorilor de biomateriale polimerice este cel de performanta, stabilitate si durabilitate. Acest scop este atins in primul rand prin selectarea cu atentie a materialului polimeric cu proprietati optime. Latura inovatoare si concurentiala a pietei de biomateriale polimerice a creat o dinamica specifica de producere a acestora, deoarece fiecare polimer ales trebuie sa prezinte avantaje si caracteristici specifice pentru a fi cat mai util unei aplicatii medicale specifice.Clasificarea biomaterialelor Calitatea unui material utilizat la construcia unui implant trebuie s respecte urmtoarele dou criterii: criteriul biochimic i criteriul biomecanic. Conform criteriului biochimic, aplicabilitatea unui material este determinat de biocompatibilitatea sa, iar din punct de vedere biomecanic de rezistena la oboseal, cel mai important parametru dar nu singurul. O clasificare uzual a biomaterialelor, este realizat pe criterii structurale,n patru clase mari de biomateriale, metalice, ceramice, polimerice i compozite. Cele mai uzuale i cunoscute sunt biomaterialele metalice. Majoritatea materialelor metalice, Fe, Cr, Co,Ni, Ti, Ta, Mo i W, utilizate pentru majoritatea implantelor, sunt tolerate de esuturile vii n cantiti foarte mici, dei unele elemente metalice sunt eseniale pentru funciile celulare. Se menioneaz o categorie special de aliaje cu memoria formei , dup deformare plastic ele revin, prin nclzire, la forma iniial.

[Aplicaii medicale: pentru anevrisme intracraniene, filtre pentru vena cav, implanturi ortopedice etc.].Biomaterialele ceramic sunt compui policristalini, de obicei anorganici: oxizi metalici (alumina), carburi, hidride refractare, sulfide, selenide. [Principalele biomateriale ceramice sunt utilizate, n special, n stomatologie: coroane dentare, pentru aspectul estetic deosebit, rezistenei mari la compresiune i lipsei de reacie cu lichidele corpului uman]. Biomaterialele composite se formeaz din dou sau mai multe faze distincte cu proprieti diferite de materialul omogen. Materialul de adaos dintr-un compozit poate avea form de particule, fibre sau benzi. Materialele compozite fibroase sau sub form de benzi laminate sunt

compozite anizotrope, iar cele cu incluziuni sub form de particule distribuite uniform n matrice sunt compozite izotrope. Compozitele anizotrope pot fi folosite doar dac se cunoate direcia de aplicare a tensiunii. De asemenea, este necesar ca fiecare constituent al compozitului s fie biocompatibil ceea ce nseamn ca interfaa dintre constitueni s nu fie degradat de mediul

corpului. [Aplicaii medicale: compozite dentare pentru plombe, metilmetacrilatul ranforsat cu fibre de carbon sau cu particule osoase, zirconia, ciment osos].Biomateriale polimerice sunt materiale realizate prin legarea unor molecule mai mici (meri) prin legturi covalente primare ntr-un lan principal. .

[Aplica ii medicale: implante pentru nlocuirea sau refacerea esuturilor moi umane suturi, vase de snge, piele artificial]. Clasificarea biomaterialelor se poate face dupa mai multe criterii:

1.In functie de natura tesutului la a carui refacere contribuie:

- Pentru tesuturi tari: oase, dinti, cartilagii

- Pentru tesuturi moi: piele artificiala, vase de singe, ficat, ochi, inima, ligamente

2. Dupa forma de prezentare a biomaterialului- fluide injectabile

- capsule

- filme poroase

- filme fibroase

- placi compacte

- tuburi

- fire-fibre

-geluri

-micro si nanoparticule3. Dupa natura chimica a materialului: - Biomateriale polimerice

- Biomateriale metalice

- Biomateriale ceramice

- Biomateriale compozite

4. Dupa comportarea in mediu biologic- resorbabile

- partial resorbabile

-neresorbabile

POLIMER, sau Macromolecula greaca: poli - mult, meros - parte

Molecule mari, cu greutate moleculara > 104

Polimeri - in functie de natura elementelor:

- organici [-CH2-CH2-]n polietilena

- anorganici [-N=P(X)2-]n polifosfazene- micsti (elementorganici)

Polimeri - in functie de origine:

- naturali (biopolimeri);

sintetici

artificiali

Polimetacrilat de metilCateva dintre principalele lor utilizari, in diferite domenii medicale:- in domeniul ordopediei: proteze interne permanente (de reconstructie), proteze resorbabile (din polimeri bioresorbabili), diferite elemente de sutura si cimenturi pentru fixarea protezelor, inlocuirea articulatiilor cartilaginoase, drenuri chirurgicale, instrumentar chirurgical divers;- in domeniul medicinei recuperatorii: membrane extracorporale, membrane bioactive (de eliberare controlata), celule artificiale, proteze externe;- in domeniul oftalmologiei: lentile de contact, lentile intraoculare, cornee artificiala;- in domeniul cardiologiei: valvule mitrale pentru inima, grefe vasculara artificiala;- in domeniul dentar: implanturi dentare, material de amprentare si cimenturi dentare, instrumentar dentar;- in domeniul chirurgiei estetice: implanturi, elemente de sutura bioresorbabile;- alte aplicatii medicale: linii de perfuzie, dispozitive de cateterizare, dispozitive pentru caile respiratorii, caile digestive si caile urinare;- in domeniul farmaceutic: excipienti pentru diferite forme de administrare medicamentoasa, sisteme cu eliberare retard de medicament, sisteme vectoare de eliberare controlata a substantelor active, baza pentru emulsii, paste, colire, recipiente diverse de conditionare a medicamentelor;- in domeniul cosmetic: baza pentru emulsii si creme cosmetice, sisteme complexe de peeling chimic sau mecanic.Aplicatii ca biomateriale

Studiile de extractie, toxicitate sistemica acuta, compatibilitate tisulara si sanguina, au atestat stabilitatea si biocompatibilitatea hidrogelului.Biocompatibilitatea hidrogelurilor extinde sfera aplicatiilor biomedicale, fara riscuri pentru organismul receptor.

Multe dintre cercetarile efectuate pe hidrogeluri au fost indreptate spre aplicatii de tipul dispozitivelor de eliberare controlata a medicamentelor.

In timp ce ordinul zero de eliberare a medicamentelor este important pentru marea majoritate a lor, sunt multe medicamente care necesita a fi eliberate in mod vibrational. Cel mai utilizat exemplu este eliberarea insulinei.

In plus, hidrogelurile care raspund la pH si hidrogelurile sensibile pe baza de glucoza, dizolvabile, au fost utilizate la producerea insulinei sub forma de capsule.Eliberarea vibratorie a medicamentelor poate fi realizata cu hidrogelurile sensibile la temperatura. Prin alterarea temperaturii in jurul hidrogelurilor termosensibile se poate realiza eliberarea medicamentelor din gel.

Aplicatiile biomedicale ale hidrogelurilor sunt diverse pornind de la dispozitive de diagnosticare pana la muschi artificiali. Utilizarea hidrogelurilor ca lentile de contact si lentile intraoculare au intr-o oarecare masura o istorie lunga comparativ cu alte utilizari.

Lentilele de contact moi, fabricate din hidrogeluri, poseda proprietatile dorite, cum ar fi permeabilitate ridicata pentru oxigen, desi acestea au probleme cu degradarea lor si la depozitarea proteinelor. Lentilele intraoculare moi prezinta avantaje superioare celor rigide, abilitatea de a se indoi permitand chirurgului sa utilizeze o incizie chirurgicala mai mica. Lentile de contact si intraoculare pe baza de hidrogeluri pot fi sterilizate in autoclava, care este mult mai convenabila decat sterilizarea cu oxid de etilena necesara lentilelor rigide din PMMA.

Hidrogelurile sunt utilizate ca bandaje pentru rani, ele fiind flexibile, durabile, antigenice si permeabile pentru vaporii de apa si metaboliti, asigurand o acoperire buna a ranii, in vederea prevenirii infectiilor cu bacterii. Hidrogelurile au fost de asemenea utilizate ca invelisuri ale suprafetelor cateterelor urinare, imbunatatind biocompatibilitatea acestora. Stratul de hidrogel format pe suprafata interna a arterei ranite are ca efect scaderea trombozei si ingrosarea profunda la modelele animale. Ingrosarea profunda poate fi prevenita prin inhibarea contactului dintre sange si tesutul subendotelial cu un strat de hidrogen.

Presiunea de umflare a hidrogelului polimetacrilat de hidroxietil (poliHEMA), a fost utilizata pentru a stabiliza implanturile osoase. Prin imbunatatirea designului implantului, hidrogelurile pot fi utilizate ca interfata stabilizatoare.

In domeniul farmaceutic, polimerii acril-amidici sunt utilizati ca excipienti pentru capsule, in timp ce, poliamidele acizilor grasi se utilizeaza ca agenti de spumare, utilizati pentru preparare de aerosol si spray-uri.

Polimerii de acrilamida, datorita faptului ca au solubilitate selectiva in sucurile gastro-intestinale, se folosesc ca agenti de acoperire gastrosolubili care se adauga comprimatelor pentru protejarea principiilor active, mascarea gustului si mirosului neplacut, cat si pentru dirijarea cedarii medicamentului.

Totodata, solutiile apoase de poliN-2-hidoxi-propil metacril-amida si poliN-etil-acrilamida au fost testati ca substituenti coloidali de plasma sanguina, cu bune efecte hemodinamice si absenta celor pirogenice, antigenice si de pseudoaglutinare a sangelui.

PoliN-2-hidroxipropilmetacril-amida (poliHPMA) reticulata este folosita in transportul si eliberarea controlata a medicamentelor. In anumite cazuri, o crestere a concentratie medicamentului transportat de-a lungul mucoasei, poate fi realizata daca medicamentul este eliberat in cea mai eliberata regiune.

Copolimerii poliHPMA cu zaharuri (galactozamina, glucozamina, galactoza) au o mare afinitate pentru tesutul intestinal. Urmarind legarea copolimerilor de HPMA la regiuni specifice ale intestinului, se observa ca copolimerii ce contin galactoza au mare afinitate pentru duoden / prima parte a jojunului, in timp ce copolimerii ce contin fucoza adera la a treia parte a jojunului.

Gelurile de poliacrilamida si polimetacrilamida au fost prezentate ca protector mecanici pentru iris, retina si endoteliu corneal, mentinand in acelasi timp adancimea camerei interioare a ochiului in timpul operatiilor chirurgicale.

PoliN-izopropil-acrilamid se foloseste in transportul medicamentelor si pentru imobilizarea enzimelor si celulelor in bioreactoare.

Au fost, de asemenea, cercetate posibilitatile de utilizare a hidrogelurilor in sterilizare si dilatare cervicala. S-au dezvoltat hidrogeluri biocompatibile si sisteme de sterilizare tubulara cu mai multe structuri rigide.

Firele din hidrogel au fost dezvoltate in domeniul transportului hormonilor, cum ar fi, de exemplu, omologi ai prostaglandinei, precum si in dilatarea mecanica a cervixului. Dilatarea canalelor cervicale este necesara pentru avortul indus prin chiuretaj, in primul trimestru al sarcinii, prin absorbtie.

Unul dintre avantajele aplicatiilor hidrogelurilor este obtinerea de muschi artificial. Hidrogelurile "inteligente", care pot transforma stimulii electrochimici in lucru mecanic (de exemplu, contractia) pot functiona si ca tesut muscular uman.

Gelurile polimerice, capabile de contractii reversibile si intindere sub stimuli fizico-chimici, sunt esentiale in tehnica avansarii robotilor cu energie electrica ca muschi pentru inaintare (impingere). Materiale inteligente, care depasesc contractiile si secretiile organelor umane ca raspuns la schimbarile conditiilor mediului inconjurator, cum ar fi: temperatura, pH-ul sau domeniul electric, pot fi utilizate ca implanturi medicale, muschi sau organe protetice si manivele robotice.

Amestecuri de polimeriAmestecurile de polimeri sunt alcatuite din doi sau mai multi polimeri, sintetici sau naturali, care pot fi termodinamic compatibili sau incompatibili. Mai poarta, impropriu, numele de aliaje polimerice.Posibilitatea obtinerii de materiale noi, cu proprietati imbunatatite, prin amestecarea a doi sau mai multi polimeri deja existenti s-a dovedit o solutie mult mai interesanta, din punct de vedere economic, decat conceperea si sinteza de noi polimeri. In ultimii zece ani s-a conturat importanta deosebita a unei noi clase de polimeri, cea a polimerilor cu aplicatii ca biomaterial. Domeniu de frontiera, reunind chimisti, medici, biologi, ingineri mecanici, domeniul biomaterialelor a capatat recent un statut de sine-statator si se afla acum in plina expansiune, datorita cerintelor tot mai diverse ale beneficiarilor. El vizeaza atat intelegerea si prezicerea comportarii polimerilor in timpul utilizarii, cat si intelegerea si controlul interactiunilor lor cu organismul.Notiunea de biomaterial amestec de polimeri este foarte vasta, dar corespunde - structural, adesea - celei de sistem polimer multifazic. Folosirea acestor sisteme polimere pentru obtinerea de diferite produse presupune o etapa de prelucrare, in urma careia li se fixeaza forma si structura finala. Aceasta din urma este cea care influenteaza proprietatile de utilizare ale produsului (proprietati mecanice, optice, dielectrice etc.). In acest context, este explicabila importanta deosebita acordata metodelor de caracterizare a morfologiei sistemelor polimere, in vederea elucidarii relatiei ce exista intre parametrii de prelucrare, structura si proprietatile produselor obtinute.Principalele tipuri de amestecuri de polimeri sunt prezentate in tabelul de mai jos:

Tip de amestecDescriere succinta a modului de obtinere

Amestecuri mecanice de polimeri- Polimerii sunt amestecati sub forma de topituri, la o temperatura inferioara Tg (cazul polimerilor amorfi) sau Tm (cazul polimerilor semicristalini)

- Polimerii sunt dizolvati intr-un solvent comun, dupa care se elimina solventul din sistem.

Amestecuri mecano-chimice de polimeri- Polimerii sunt amestecati cu viteze de forfecare suficient de mari pentru a permite degradarea. Radicalii liberi astfel rezultati se recombina si astfel dau nastere unui amestec cu structura complexa, ce contine alaturi de polimerii de plecare si copolimeri bloc sau grefati.

Amestecuri de latexuri- Latexurile sunt amestecate, dupa care polimerii din amestec sunt coagulati.

Amestecuri chimice de polimeri

- Retele polimerice interpenetrate - IPN- Polimerul reticulat este supus umflarii intr-un monomer diferit de cel din care provine, apoi acest monomer este polimerizat si reticulat.

- Retele polimerice semi-interpenetrate - semi-IPN (sau retele pseudo-IPN)- Se amesteca polimeri termoplastici (nereticulati) cu monomeri polifunctionali, apoi monomerii sunt polimerizati si dau nastere unor retele polimerice

- Retele polimerice interpenetrate simultan - SIN - Se amesteca doi sau mai multi monomeri diferiti, dupa care sunt homopolimerizati si reticulati individual (monomerii sunt incapabili sa participe la mecanisme comune de reactie)

- Retele interpenetrate de elastomeri - IEN- Se obtin prin reticularea unor amestecuri de latexuri, dupa coagulare

O mare parte a amestecurilor de polimeri sunt nemiscibile (incompatibile) si prezinta, cel mai adesea, o structura bifazica, comportand incluziunile unei faze (in general cea minora) in interiorul celeilalte faze (care formeaza matricea).

In timpul prelucrarii, amestecurile de polimeri se prezinta sub forma de topituri, iar structura lor evolueaza continuu. In absenta oricarei solicitari, incluziunile au forma sferica, datorita actiunii tensiunii interfaciale care tinde sa minimizeze suprafata de contact dintre cele doua faze. La aplicarea unei solicitari, incluziunile se deformeaza, se rup si/sau se recombina.

Proprietatile fizico-mecanice ale amestecului de polimeri, precum si comportarea lui in contact cu sistemul biologic, depind in foarte mare masura de morfologie sa (forma si marimea particulelor fazei dispersate), metoda de obtinere si de proprietatile de interfata (tensiunea interfaciala). Ori structura amestecurilor care este determinata de conditiile de prelucrare si de caracteristicile intrinseci ale polimerilor ce formeaza amestecul. In acest context, este importanta cunoasterii principalelor mecanisme care guverneaza evolutia morfologiei in timpul proceselor de prelucrare. Este vorba indeosebi despre mecanismele de dispersie a incluziunilor (deformare si rupere) si de coalescenta. Pentru a avea acces la astfel de informatii, este necesara utilizarea de metode adecvate, care sa furnizeze date, in situ, in timpul curgerii materialelor in stare de topitura/solutie. Un exemplu privind principalele tipuri de informatii ce pot fi obtinute prin interpretarea cliseelor de difuzie obtinute prin metoda difuziei luminii la unghiuri mici sunt prezentate in tabelul de mai jos.

Se poate observa ca difuzia luminii la unghiuri mici este o metoda moderma care ofera o analiza morfologica aprofundata, calitativa si cantitativa, atat a structurilor statice, cat si a celor de tranzitie, lucru imposibil de realizat in-situ, prin microscopie optica. Acest lucru permite legarea directa conditiilor de prelucrare de structura finala a biomaterialului compozit si implicit, a proprietatilor sale fizico-mecanice, chimice si biologice.

Tabelul 1Informatii calitative si cantitative furnizate de SALS

Morfologie globularaMorfologie cu incluziuni elipsoidale orientate Morfologie fibrilara

Schematizarea tipului de morfologie

Clisee de difuzie a luminii la unghiuri mici (SALS - VV)

Informatii accesibileDiametrul mediu al particulelor si distributia lorFactorul mediu de forma al incluziunilor deformateDiametrul mediu al filamentelor

Dupa cum precizam anterior, amestecurile de polimeri permit imbunatatirea unora dintre caracteristicile polimerului majoritar (adesea matricea), pe baza proprietatilor specifice ale polimerului minoritar.

Un exemplu in acest sens, din domeniul biomaterialelor, il constituie imbunatatirea bio- si hemocompatibilitatii policlorurii de vinil (PVC) prin adaugarea unor mici cantitati de polisiloxani. Policlorura de vinil, in forma sa plastifiata, este utilizata pentru obtinerea de tubulaturi, catetere si canule pentru administrare intravenoasa de substante, dializa, oxigenatoare extracorporale, pungi de pastrare si transport a unor fluide biologice etc. Atuurile sale constau in proprietati mecanice adaptate aplicatiilor medicale si buna prelucrabilitate. Pe de alta parte, polisiloxanii (de exemplu polidimetilsiloxan - PDMS) sunt polimeri cu catena principala formata exclusiv din atomi de Si si O. Prezinta o buna stabilitate termica, la oxidare sau la radiatii ultraviolete, inertie chimica mare, tensiune superficiala mica, hidrofobicitate crescuta, foarte buna biocompatibilitate, trombogeneza foarte scazuta. Au insa proprietati mecanice reduse (curg la temperatura ambianta), pret mare de cost, posibilitati mai reduse de prelucrare (transformare in produse finite), necesitand utilizarea unor agenti de reticulare. De aceea se prefera adaugarea lor in cantitati mici in polimeri care prezinta proprietati mecanice superioare si o mai buna prelucrabilitate.PVC si PDMS sunt polimeri termodinamic incompatibili (cu tendinta de separare in timp). Produsele obtinute pe baza de amestecuri PVC / PDMS prezinta suprafete cu un continut marit de fractie siliconica ("silicone-like surfaces"), care mascheaza PVC-ul din masa produsului si confera astfel materialului compozit o buna hemo- si biocompatibilitate (Figura de mai jos).

Aplicarea metodei difuzieie luminii la unghiuri micic ar permite, n cazul amestecului de polimeri PVC/PDMS, posibilitatea reglarii parametrilor tehnologici astfel incat sa se asigure o morfologie cu maxima bio- si hemocompatibilitate.

Polimeri biodegradabili

Trecerea de la polimeri biostabili la polimeri biodegradabili pentru aplicaii care necesit existena tranzitorie a materialelor n corpul uman poate fi considerat ca un salt cuantic n domeniul tiinei biomaterialelor. polimeri biodegradabili sunt acei care se degradeaza in vitro i in vivo, fie n produse care sunt metabolii normali ai organismului sau n produse care pot fi complet eliminate din organism, cu sau fr alte transformri metabolice.

Criteriile de baz de selecie ale unui polimer biodegradabil ca un biomaterial sunt c degradarea lui ar trebui s fie netoxica, i c rata de degradare i proprietile mecanice ale materialului trebuie s corespund aplicatiei finale.

Dup cum este evident, avantajele polimerilor biodegradabili, comparativ cu polimerii biostabili sunt c odat implantati ei inlatura necesitatea unei noi proceduri chirurgicale precum i s elimine pe termen-lung preocuparea biocompatibilitatii. n afar de aceasta, biodegradarea poate oferi alte avantaje n multe aplicaii medicale .

Astfel, n aplicaii ortopedice implanturi mecanice incompatibile, cum ar fi implanturi metalice pot duce uneori la inlaturarea stresului, n timp ce implanturile biodegradabile pot transfera ncet sarcina, ca aceasta sa se degradeze. n mod similar n sisteme de livrare de droguri, reglajul fin de eliberare cinetica de droguri este posibil prin varierea vitezei de degradare a polimerului matrice.

Polimeri biodegradabili pot fi clasificati n naturali i sintetici, in functie de originea lor. Polimerii naturali par a fi alegerea potrivita pentru aplicaii biomedicale din cauza biocompatibilitatea lor excelente, deoarece structural imita strns medii celulare native, au proprieti mecanice unice, i sunt biodegradabili printr-un mecanism hidrolitic sau enzimatic.Cu toate acestea, polimerii naturali nu au fost pe deplin exploatati n domeniul biomedical din cauza dezavantajelor inerente asociate cu unele dintre ele, cum ar fi riscul de infecii virale, antigenitatea, aprovizionare cu materii instabile, io gramada de variaii a proprietilor . polimeri sintetici, pe de alt parte, ofer avantaje enorme peste polimeri naturali din partea materiei prime. Polimeri biodegradabili sintetici

Aceast seciune discut varietatea polimerilor biodegradabili sintetici n prezent fiind cercetati ca sisteme de livrare de droguri sau ca schele pentru ingineria tisular. Seciunea evideniaz ruta sintetica, modul de degradare, i aplicaii ale polimerilor.

Poliesteri alifatici

Poliesteri alifatici pot fi considerati ca reprezentani ai polimeri sintetici biodegradabili. Sinteza de poliesteri alifatici prin policondensarea diolilor i a acizilor dicarboxilici a fost raportat nc din 1930.

Instabilitatea mare hidrolitica a acestor polimeri a rezultat la o multitudine de aplicaii pentru aceast clas de polimeri, n domeniul biomedical ncepnd cu suturi absorbabile n anii 1960.

Monomeri utilizati frecvent pentru sinteza poliesterilor alifatici pentru aplicaii biomedicale sunt lactide, glicolide, i caprolactone.

Poliacid glicolic (PGA) a fost unul dintre poliesterii biodegradabili investigati iniial pentru aplicaii biomedicale. Este un polimer cristalin favorabil cu un punct de topire mai mare de 200 grade C i o temperatur (Tg), in jur de 35-40 grade C. Datorit cristalinitatii sale ridicate, PGA prezinta rezistenta la rupere ridicat dar solubilitate foarte sczut n solveni organici comuni. Aplicatiile iniiale ale PGA au fost ndreptate spre dezvoltarea de suturi biodegradabile, i prima sutura biodegradabila sintetica Dexon a fost dezvoltata n 1970 . PGA a fost investigat, de asemenea, ca un material pentru dezvoltarea de dispozitive de fixare interna a oaselor, i a fost comercializat sub denumirea comercial Biofix.

Cu toate acestea, rata de degradare ridicata a polimerului i solubilitatea sczut cuplate cu acumularea de degradare a produselor acide, care poate duce la reacii inflamatorii, i limiteaz aplicarea n domeniul biomedical.

Patru tipuri diferite de poliacid lactic (PLA) sunt disponibile: poliL acid lactic, poliD acid lactic, poliDL acid lactic, care este obinut din amestec racemic de L-i D-acid lactic, i mezo-poliacid lactic. Dintre acestea doar poliL acid lactic i poliDL acid lactic au fost pe larg cercetate ca biomateriale.

PoliL acid lactic (PLLA) este un polimer semicristalin n care gradul de cristalinitate depinde de greutatea molecular i parametrii de prelucrare, i prezint modul ridicat i rezisten. Punctul de topire al PLLA este n jur de 170 grade C i are Tg de aproximativ 60-65 grade C. PoliDL acid lactic (PDLLA), pe de alt parte, este un polimer amorf cauzat de distribuirea aleatorie a dou forme izomerice de-a lungul lanului de polimer i are o Tg de aproximativ 55-60 grade C.

Datorit ratei sczut de degradarea a acestuia, prelucrabilitate mai buna, i proprietile mecanice, PLA a fost investigat pe scar larg ca un os fixativ i este disponibil n comer sub diferite denumiri comerciale, cum ar fi FIXSORB.

Policaprolacton este un poliester semicristalin, cu o temperatura de topire n jur de 55-60 grade C i Tg - 60 grade C. PCL este de mare interes pentru ca poate fi obinut din materii prime ieftine (caprolacton), are solubilitate mare n solveni organici, punct de topire sczut i Tg i o capacitate excepional de a forma amestecuri cu o varietate de polimeri

Copolimeri ai PLA i PGA (PLAGA) au fost pe larg investigate medical pentru diferite aplicaii, cum ar fi suturi, ace de os, dispozitive de livrare de droguri, i schele pentru ingineria tesuturilor.

Poliesteri alifatice sunt supusi degradrii n vrac, n cazul n care materialul este pierdut din volumul intreg al polimerului , n acelai timp, datorit apei care patrunde n vrac. Deci, rata de degradare a acestor polimeri depinde de gradul de accesibilitate la apa a matricei, mai degrab dect rata intrinsec de separare a esterului.

Ingineria esutului s-a dezvoltat ntr-o terapie alternativa pentru a trata pierderea de mas osoas. Ca i n cazul altor organe, ingineria esuturilor de os necesit componente celulare, n principal, osteoblaste, un schelet 3-D pentru fixare, proliferarea i diferenierea celulelor osteoblaste, i factori de cretere care moduleaz creterea celular.

Criteriul principal pentru selectarea materialelor pentru ingineria esutului osos este faptul c acestea ar trebui s fie osteocompatible. n plus, materialele polimerice ar trebui s aib mobilitate mare, astfel nct acestea pot fi prelucrate n constructii care ar permite difuzia de nutrieni i deeuri. Materialele polimerice ar trebui s prezinte, de asemenea, proprietati mecanice similare cu cele ale osului.

Mai multi polimeri sintetici i naturali biodegradabili au fost investigati ca matrici pentru ingineria esutului osos. Mai mult, compozitele acestor polimeri cu minerale anorganice, cum ar fi hidroxiapatita au fost intens studiate.

O data cu polimerii sintetici biodegradabili , poliesterii alifatici (PLA / PLAGA) au fost pe larg cercetati pentru aplicaii de ingineria esutului osos. Acesti polimeri sunt cunoscuti pentru ca aratand osteocompatibilitate buna i celulele aderat sunt prezentate s pstreze fenotipul lor.

Bibliografie:[1].V. Bulancea-Biomaterialele, editura Bucuresti, 2010.

[2].referate.ro