medicina regenerativa1 [compatibility mode]

7/24/2019 Medicina Regenerativa1 [Compatibility Mode]

1/41

Inginerie tisulara simedicina regenerativa

Curs 1

Master Bioingineria reabilitarii


2/41

BIOMAT ERIALE - Def ini t ie

Prin notiunea de biomaterialse intelege or iceentitate mater iala care poate f i utilizata in contact,endog en s au ex og en, cu tes ut animal v iu, in s cop deregenerare, inlocuire, terapeutic, de diagnostic saumonitorizare a acestuia.

Clasificarea biomaterialelor se poate face dupa maimulte criterii:

1.In functie de natura tesutului la a carui refacerecontribuie

:1.1. Pentru tesuturi tari: oase, dinti, cartilagii1.2. Pentru tesuturi moi: piele artificiala, vasede singe, ficat, ochi, inima, ligamente


3/41


4/41

2. Dupa fo rma de pr ezentar e a biomaterialului- fluide injectabile- capsule- filme poroase- filme f ibroase- placi compacte

- tubur i- fir e- f ibr e- geluri


5/41

3. Dupa natur a chimica a mater ialului:

Biomateriale polimerice

Biomateriale metalice

Biomateriale ceramice

Biomateriale compozite


6/41

4. Dupa compor tarea in mediu biol ogic- resorbabile- partial resorbabile- neresorbabile

Mecanismul de actiune al substituientului cutanat

BIOBRANE


7/41

Prima generatie de implanturi

Implanturi ad hoc

materiale comune utilizate in scopuri medicale

cele mai multe succese erau accidentale, nu datorate

design-ului

Exemple

aur, PMMA proteze dentare

otel, aur, implantate ca placute ortopedice

sticla - ochi si alte componente anatomice

Dacron si tesaturi ca proteze vasculare


8/41

Lentile intraoculare

3 materiale de baza - PMMA, polimeri acrilici, siliconici


9/41

Grefele vasculare


10/41

A doua generatie de implanturi

Implanturi prelucrate utilizand materiale comune

dezvoltate ca urmare a colaborarii dintre ingineri si

cercetatori

construite pe experienta primei generatii utilizare avansata a stiintei materialelor (din alte domenii)

aliajele de titan dentare si implanturile ortopedice

implanturile ortopedice cobalt-chromium-molybdinum

polietilena UHMW -utilizata in compunerea protezelor de sold

valve cardiace si pacemakers

Exemple-Implanturi din generatia a doua


11/41

Proteza de sold


12/41

A treia generatie de implanturi

Implanturi bio-prelucrate

cateva exemple pe piata

unele modificari ale dispozitivelor polimerice noi

in cercetare

Implanturile inginerie tisulare proiectate sa creasca pana la

inlocuirea tesuturilor

Integra LifeSciences pielea artificialaprocedeele enzimatice de crestere a cartilajului

unele cimenturi resorbabile pentru crestere osoasa

produse ale inginerie genetice


13/41

Valve cardiace


14/41

Nanotuburi

Nanotuburi cu memorieNanotuburi pe baza de carbon


15/41

Proprietatile intrinseci ale materialelor

Dimensiune

Masa moleculara

Difuzivitate

Coeficient de sedimentare Absorbtia luminii

Fluorescenta

Presiunea osmotica

Sarcina electrica

Solubilitate Coeficient de partitie


16/41

Proprietatile materialelor

proprietati electrice si electrochimice: pH, potentialelctrocinetic, constanta dielectrica;

proprietati optice: indice de refractie, activitate

optica;

proprietati termice: temperaturi de tranzitie, caldura

specifica, conductibilitate termica, dilatare termica;proprietati reologice: reologia solutiilor(vscozitate,

indice de curgere) sau in stare solida (modul de

elasticitate, timp de relaxare, coeficient de pierdere);

proprietati de interactiune: solubilitate, sorbtie,

permeabilitate;

proprietati chimice: functionalitate, reactivitate

chimica, rezistenta chimica.


17/41

Proprietatile de suprafata

-Suprafetele sunt diferite decat materialele in masa

-Suprafetele pot fi reactive

-Pot fi mai usor contaminate

-Structura suprafetei este mobila (se poate modifica in functie demediul cu care vine in contact)

Rugozitate

OmogenitateOrdonare (structura cristalina sau dezordonata)

Hidrofilie hidrofobie

Adeziune - Bioadeziune


18/41

Dimensiunea unor materiale biologiceMaterial Dimensiune

(microni)

Ion Cl- 9.9 10-5

Uree 1.6 10-4

Glucoza 8.6 10-4

Insulina 4 10-3

Albumina serica umana 7.2 10-3

Dextran 1 10-3 to 15 10-3

Immunoglobulina G 11.1 10-3

Particula de virus 0.004 to 0.1

Bacterii 0.2 to 2.0Drojdii 2 to 30

Celule in cultura 2-10

Dimensiunea materialului biologic este important in procesele de

separare cum ar fi: filtrare, separarea prin membrana,sedimentare,


19/41

Masurarea dimensiunii

Technici:

1. Tehnici experimentale directe

-Microscopia optica si microscopia electronica

2. Metode indirecte

Numarator Coulter

Divizare laser

Viteza de sedimentare


20/41

Procedeul analizei digitale a imaginii

Fotografie

Particula culoare

neagra, usor de

recunoscut. Se

contureaza mai bine

particulele cu

programe de

prelucrare imagine. Se ajusteaza contrastul incat

particulele sa fie negre iar

suportul alb. Se elimina

astfel imperfectiunile.

Se scaleaza imaginea (ex.,dimensiunile), un computer

analizeaza datele, masurand

dimensiunea particulelor.


21/41

Distributia dimensiunilor

Dimensiune

Frecven

ta

Mono-modala Bi-modala Fara dispersitate


22/41

Diametrul echivalent al macromoleculelor

Tehnicile mentionate pentru particule nu pot fi utilizate

in mod satisfacator in cazul macromoleculelor

Raza Stokes-Einstein (rSE) a macromoleculelor poate fi

estimata din proprietatile de difuzivitate:

ND

RTrSE

6


23/41

Greutatea moleculara

Greutateas moleculara se exprima in mod obisnuit in kilo-Daltoni

(kDa) sau g/g-moli or kg/kg-moli.

Material Greutate moleculara

(kg/kg-mol)

Clorura de sodiu 58.44

Uree 60.07

Glucoza 180

Penicilina G 334.42

Insulina 5,800

Albumina serica umana 67,000Dextrani 10 000 1 000 000


24/41

Masurarea masei moleculare

In cazul moleculelor mari se utilizeaza metode

experimentale:

1. Cromatografie hidrodinamica

2. Cromatografie de excludere dimensionala

3. Masurarea coeficientului de difuzie4. Ultracentrifugare

5. Masuratori de vascozitate


25/41

Difuzivitate

Material Difuzivitate in apam2/s

Clorura de sodiu 2.5 10-9

Uree 1.35 10-9

Acid oxalic 1.53 10-9

Acid acetic 1.19 10-9

Etanol 8.4 10-10

Glicerina 7.2 10-10

Lizozim 10.4 10-11

Albumina serca umana 5.94 10-11

Imunoglobulina G 4.3 10-11

Colagen 0.69 10-11

Virusul de tutun 0.46 10-11


26/41

Coeficient de sedimentare

r

vs

2

f

vMs

1

Material Coeficient de sedimentare

s20

Cytochrome c 1.17

Chimotripsinogen 2.54

Alfa amilaza 4.5

Fibrinogen 7.9

Albumina serica umana 4.6

Colagen 6.43

Tobacco mosaic virus 198


27/41

In solutii diluate se foloseste asa numitul coeficient de

vascozitate limita [] sau vascozitate intrinseca exprimat prin

relatia:

[]=k M

Determinari de vascozitate


28/41

Lumina interactioneaza cu materialul:

1. emisie materialul elibereaza energie

2. absorbtie materialul preia energie de la lumina

3. transmisie materialul permite trecerea luminii

4. refractie materialul respinge lumina intr-o alta directie

Absorbtia luminii


29/41

Interactiunea depinde de caracteristicile fizice ale luminii

ca si de compozitia fizica si caracteristicile materialului.

Cum interactioneaza lumina cu materialul?


30/41

Raza luminoasa

Lumina transmisa

Lumina refractata

Difuzata si transmisa

Refractie internaAbsorbtie

Interactiunea lumina -material


31/41

Deoarece lumina este o forma de energie,

legea conservarii energiei spune:

Lumina incidenta la suprafata =

Lumina refractata+

Lumina absorbita+

Lumina transmisa


32/41

Materialele care transmit lumina sunt transparente

Materialele care absorb lumina sunt opace

(Majoritatea din lumina incidenta este transformata in

lumina refractata si lumina absorbita).

In general unele combinatie de refractie,

absorbtie si transmisie

Exemple: lentile de contact ?

implanturile dentare.?


33/41

Absorbtia Lumina este atenuata la intrarea in material.

Atenuarea este dependenta de distanta.

I este intensitatea intr-un punct t

I0 este intensitatea initiala. k este coeficientul de absorbtie, in cm-1.

Legea lui Lambert:

I/ Io = e-kt


34/41

Transport pasiv- are loc la gradient

de concentratie mic

Echilibru dinamic:

solutul continua sa

traverseze membranain cantitati egale de o

parte si de alta a

acesteia

Difuzia moleculelor


35/41

Permeabilitate selectiva


36/41

Tip special de transport pasiv Moleculele de apa se misca printr-o

membrana perm-selectiva

Osmoza

Hipertonica - solutie cu concentratie in solut maimare.

Hipotonica - solutie cu concentratie in solut maimica.

Izotonica - ambele solutii au aceeasi concentratiein solut.

!!!!!!:Directia de osmoza este determinata dediferenta fata de concentratia totala a solutului!


37/41

Difuzia sustinuta

1. Molecule legate de un

purtator

2. Modificari conformationale

ale purtatorului 3. Eliberarea moleculei de

cealalta parte

4. Stoparea procesului cand

concentratile sunt egale de

ambele parti ale membranei


38/41

C. Energia de miscare a solutului.

1. Diferentele de concentratie- difuzia micsoreaza gradientul de concentratie (gradientulchimic)

- energia este proportionala cu diferenta de concentratie

- energia este retinuta atunci cand se pastreaza diferenta de

concentratie, energia este disipata atunci cand moleculele

se deplaseaza pe directia de curgere;


39/41

- particulele incarcate pot determina un gradient electric

(potential)

- depinde de permeabilitatea selectiva pentru sarcina ionului, in mod

normal contraionul deplasandu-se singur;

- celulele sunt puternic selective, fiecare ion putand genera propriul

potential de membrana

2. Gradientul electric.


40/41

potentialul electric

Un potential electric este generat cand

membrana este selectiva la ioni

a. miscare solut spre conc. redusa

b. generare de potential electricSe produce numai daca sunt prezente canale

Membrana permeabila la ioni pozitivi

+

++

+

+

+

+++ +

+ + ++ +

+

++

+

++

+

+

++

+

- -

---

-- -

---

-

-

--

-

-

-

-

----

+

+ +

+

+

+


41/41

TRANSPORT ACTIV

ADP

ATP

medicina regenerativa1 [compatibility mode]

Documents