Применение нанотехнологий для создания искусственных костей - Практическая работа

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА на тему: Применение нанотехнологий для создания искусственных костей по дисциплине: Основы биологии и биофизикиПроблема замены участков костей очень актуальна в современном мире, где заболеваемость остеопорозом, особенно среди пожилых людей, весьма распространена, не говоря уже о статистике по сложным переломам, которыми заканчиваются многие дорожно-транспортные происшествия. Современная реконструктивная хирургия опорно-двигательной системы не мыслится без широкого использования пластического замещения дефектов костей и суставов. К современным имплантатам, используемым для замещения костной ткани, предъявляют большие требования. Материалы должны быть не канцерогенными, инертными по отношению к живым тканям, иметь достаточный запас механической прочности, быть стойкими к воздействию внутренней среды организма, иметь модуль упругости, близкий к нативной кости.Биокерамика должно обладать определенными химическими свойствами: отсутствие нежелательных химических реакций с тканями и межтканевыми жидкостями, отсутствие коррозии, механическими характеристиками (прочность, трещиностойкость, сопротивление замедленному разрушению, износостойкость), биологическими свойствами (отсутствие реакций со стороны иммунной системы, срастание с костной тканью, стимулирование остеосинтеза). 3) биоактивные (нетоксичные, биологически активные, срастающиеся с костной тканью) и биорезорбируемые (происходит замена материала костной тканью) - композиционные материалы типа биополимер/фосфат кальция, керамика на основе фосфатов кальция, биостекла. К наиболее ярким представителям биоактивных материалов относятся биостекла (наиболее используется состав "45S5": 24.5 % Na2O, 24.5 % CAO, 45.0% SIO2, 6% P2O5; варьируя состав, можно изменять биоактивность стекол и их резорбируемость) и материалы на основе гидроксиапатита (ГАП) - Ca10(PO4)6(OH)2 (плотная и пористая керамика; ГАП-покрытия на металлических имплантатах; композиты ГАП-полимер, моделирующие, как, например, композит ГАП-коллаген, состав и структуру кости). Эти выводы делаются на основе того факта, что ионы стронция могут заменять кальций в костной ткани, а стронцийсодержащие препараты способствуют увеличению плотности костей и успешно применяются для лечения остеопороза. Кроме того, "напечатанные" кости обходятся дешевле и создать такие имплантаты значительно проще, чем из гидроксилапатита (его приходится спекать, чтобы соединить частицы между собой, да и замещаются здоровой тканью такие кости дольше).Изучение взаимодействия углерод-углеродного композиционного материал и высокопористого ячеистого углерода с живыми тканями не обнаружило морфоструктурных изменений в тканях и органах, что свидетельствует об отсутствии токсического и мутагенного эффекта. Компьютерное моделирование показывает, что существует возможность прогнозировать возникновение зон с повышенной концентрацией нагрузок на кость и давать долгосрочный прогноз выживаемости эндопротезов различных модификаций. Изучение результатов экспериментальных исследований замещения костных дефектов показало, что углеродный материал и кость образуют прямое соединение. Через 3 месяца поры и неровности материала заполняются костной тканью, обеспечивая имплантатам биологическую фиксацию с формированием прочного костно-углеродного блока. Отделить имплантат от кости не представляется возможным.При хирургическом лечении импрессионных переломов проксимального отдела голени и пяточной кости целесообразно замещать дефект кости, образующийся после репозиции, высокопористым ячеистым углеродом. Замещение дефектов губчатой кости при импрессионных переломах высокопористым ячеистым углеродом не снимает необходимости проведения остеосинтеза металлическими конструкциями. При замещении дефектов метафизарной зоны после удаления костных опухолей более 3 см2 следует комбинировать применение высокопористого ячеистого углерода с костными аутотрансплантатами.Новые искусственные костные материалы фактически состоят сразу из трех химических соединений, которые симулируют работу настоящих клеток костной ткани. На сегодня британские специалисты пока ограничиваются опытами на лабораторных мышах, но достигнутые результаты уже значимы. В процессе опытов исследователи трансплантировали небольшой фрагмент новой костной ткани в череп лабораторных мышей, во всех проведенных опытах не было зафиксировано отторжения, более того в тех частях черепной коробки, где наблюдалось истощение костной ткани был нарощен протез, который позже был окружен естественными клетками костной ткани. Поскольку новый способ позволяет получать искусственные кости еще более близкие по свойствам к натуральным, есть надежда, что новый материал для имплантатов окажется более совместимым с регенерирующейся костной тканью.

Содержание

Введение

1. Костные материалы

1.1 Углеродный материал - один из самых востребованных

1.2 Применение углеродных материалов во время операций

1.3 Оценка использования углеродных материалов

1.4 Практические рекомендации по применению углеродистых материалов

2. Костные материалы, используемые в медицине

2.1 Исследователи из Кореи разработали новую методику для получения искусственных костей

2.2 Псевдокостный материал

2.3 Материалы, пригодные для замещения костных дефектов

2.4 Кости, напечанные на 3D принтере

Заключение

Список используемой литературы