In vivo příklady biomateriálů [Ratner, 2005] Biomateriály

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "In vivo příklady biomateriálů [Ratner, 2005] Biomateriály"

Barbora Svobodová
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Bioaktivní materiály in vivo, in vitro Aleš Helebrant Ústav skla a keramiky Fakulta chemické technologie VŠCHT Praha

2 OBSAH Úvod definice biomateriálu, biomateriály v lidském těle bioaktivní x bioinertní materiály In vivo a in vitro testy Vývoj testů in vitro, simulace tělního prostředí Kinetika interakce, parametry charakterizující bioaktivitu Mechanismy interakce bioaktivních materiálů se simulovanou tělní tekutinou (SBF) Příprava nových biomateriálů a bioaktivních vrstev

Kinetika interakce, parametry charakterizující bioaktivitu Mechanismy interakce

3 In vivo definice biomateriálů biomateriál biologický materiál 1. Neživý materiál použitý v lékařských přípravcích určený k interakci s biologickými systémy [ESB Consensus Conference I] 2. Materiál určený k ochraně, posílení nebo náhradě tkání, orgánů nebo tělesných funkcí, používaný v těsném kontaktu s biologickými systémy [ESB Consensus Conference II] 3. (V chirurgii) syntetický materiál určený k náhradě části živého systému nebo k funkci v těsném kontaktu s živou tkání [Wikipedia] [Ratner, 2005]

Materiál určený k ochraně, posílení nebo náhradě tkání, orgánů nebo tělesných funkcí, používaný v těsném kontaktu s

4 In vivo příklady biomateriálů [Ratner, 2005]

5 In vivo příklady anorganických biomateriálů

6 In vivo - základní dělení biomateriálů bioinertní mechanická morfologická fixace bioaktivní vznik pevné vazby resorbovatelné

7 In vivo bioaktivní x bioinertní Bioaktivní Bioinertní ní Bioglas SiO 2, Na 2 O, CaO, P 2 O 5 HAp Ti Měkká tkáň + - Tvorba přímé pevné vazby s obklopující tkání přes vrstvu HAp Mechanické vlastnosti - + Zapouzdření implantátu měkkou tkání Mechanické vlastnosti HAp - Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2

obklopující tkání přes vrstvu HAp Mechanické vlastnosti - + Zapouzdření

8 Princip bioaktivního chování skel přesycení + gelová struktura Na + Ca 2+ SiO 2 gel vrstva sklo Bioaktivní sklo (Na 2 O-CaO-SiO 2 ) [Hench;1977, 1993]

9 In vivo Buňky In vivo a in vitro testy Krev Plasma 45% 55% blood plasma [mmol/l] SBF [mmol/l] Na ,0 142,0 K + 3,8-5,1 5,0 Ca 2+ 2,25-2,75 2,5 Mg 2+ 0,75-1,25 1,5 Cl ,8 - HCO ,2 2- HPO 4 0,65-1,62 1,0 2- SO 4 0,5 0,5 Organická část Anorganická část In vitro SBF Na + K + Ca 2+ Mg 2+ Cl - HCO 3 2- PO 4 3- SO 4 2- [Jonášová, Helebrant, Šanda; 1999, 2002] [Kokubo 1995; Takadama et al. 2004]

4,2 2- HPO 4 0,65-1,62 1,0 2- SO 4 0,5 0,5 Organická část Anorganická část In vitro SBF Na + K + Ca 2+

10 In vivo a in vitro testy rozhraní kost-implantát Sklokeramika HA povrch implantátu v SBF HAp kost HAp - Ca10(PO4)6(OH)2 [Strnad, Helebrant, Hamáčková, Maryška, 2000]

11 In vitro testy statické x dynamické Spektrofotometr OM, SEM/EDS, ESCA Roztok SBF Peristaltické čerpadlo 0,04 ml/min Cela Vzorek Termostat 37 C [Strnad, Skrčená, Protivínský, Helebrant; 2002]

12 100 Analýza roztoku porovnání bioaktivních a bioinertních materiálů 120 c (PO 4 3- ) [mg/l] Ca=6,7 at.% P=0,7 at.% Ca= 67,9 = 65,2at% at.% P=35,8 P=35.8 at.% at% bioaktivní Ti c (PO 4 3- ) [mg/l] bioinertní Ti (c.p.) Čas [h] Čas [h] c (PO 4 3- ) [mg/l] bioaktivní sklo c (PO 4 3- ) [mg/l] bioinertní sklo Čas [min] Čas [min]

% at% bioaktivní Ti c (PO 4 3- ) [mg/l] 100 80 60 40 20 bioinertní Ti (c.p.

13 Analýza roztoku charakteristické parametry interakce c (PO 4 3- ) [mg/l] Indukční čas ADSORPCE Růst krystalů Ustálený stav m (PO4 3- ) mg 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Ti bioaktivní t ind = 25,6 h , Čas [h] Čas [h] [Strnad, Skrčená, Protivínský, Helebrant; 2002]

mg 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Ti bioaktivní t ind = 25,6 h 40 0 20 40 60 80 0,0

14 Analýza povrchu rtg difrakce, SEM-EDS Intensity [arb. units] Synt. HA 16-Sep :50:52 HA Plasma Auto-VS Preset=Off Vert=3712 counts Disp=1 Comp=3 Elapsed=57 sec Ca 20um at. mol.ca/p=1.58 P precipitate Bone apatite (pig femur) P Ca ,000 Range = kev Integral 0 = Θ, CuK α [deg] defektní kostní apatit

15 Analýza povrchu - kvantitativní parametry pro určení míry bioaktivity Hodnocené parametry: průměr sférolitů max. průměr sférolitů (10 částic) podíl pokrytého povrchu počet částic na jednotce povrchu

16 Analýza povrchu kvantitativní parametry pro určení míry bioaktivity area fraction [%], max.diameter [um] area fraction max. diameter num ber of objects analýza na 5 místech 1 vzorku location 0 area fraction [%], max. diameter [um] sample 1 sample 2 sample 3 sample area fraction max. diameter number of objects 4 vzorky v SBF loužené za stejných podmínek Max. průměr [Strnad, Helebrant, Hamáčková; 2000]

$diameter num ber of objects analýza na 5 místech 1 vzorku 0 1 2 3 4 5 location 0 area fraction [%], max.$

17 ln R R 2 = 0.95 Určení řídícího mechanismu interakce ln (S-1) I K AP = k 18 1 solution roztok supersaturation přesycení IAP/K growth R [um/h] rate ind. induction čas [h] Regression R 2 (IP/K s ) [um/hour] time [hours] coefficient [R 2 ] 1 SBF SBF SBF SBF R n řídící mechanismus n: 0<n<1.2 - adsorpce nebo transport iontů n 2 spirálový růst n > nukleace [Nancollas 1989] max. diameter (um) SBF 1.5 SBF 1.2 SBF 1 SBF n time (hours) weight [mg] n time [hours] supersaturation (S-1) [Strnad, Helebrant, Hamáčková; 2000]

10 24 0.21 9.2 0.97 R n řídící mechanismus n: 0<n<1.2 - adsorpce nebo transport iontů n 2 spirálový růst n > 2.5 - nukleace [Nancollas 1989] max. diameter (um). 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1.6 SBF 1.

18 Návrh nových materiálů osseoindukční faktory přesycení + gelová struktura přesycení [Strnad, Helebrant, Hamáčková; 2000] gelová struktura Na + Ca 2+ Na + Ca 2+ Na + Ca 2+ SiO 2 gel SiO 2 gel SiO 2 sklo sklo Bioaktivní sklo (Na 2 O-CaO-SiO 2 ) SiO 2 sklo v 1.8 SBF vzorek pokrytý gelem SiO 2 v SBF

2+ Na + Ca 2+ Na + Ca 2+ SiO 2 gel SiO 2 gel SiO 2 sklo sklo Bioaktivní

19 Návrh nových materiálů osseoindukční faktory bioaktivní Ti křemenné sklo po 48, 70, 94 hod v SBF po 48, 72, 120 křemenné sklo pokryté gelem SiO2 hod v 1.8 SBF. po 120 a 168 hod v SBF.

20 Chemické úpravy bioaktivní Ti Ti + HCl Čistý Ti kost kost Ti + HCl + NaOH kost Měkká tkáň Měkká tkáň 5 týdnů 12 týdnů pískovaný obrobený 5 týdnů [Kokubo et al. 1996] [Jonášová, Hlaváč; 2000] [Strnad, Helebrant; 2000] [Jonášová, Müller, Helebrant, Strnad, Greil; 2004]

21 Chemické úpravy bioaktivní Ti gel TiO 2 +Na + TiO 2 HCl NaOH Ti Inert.atm Ti Ca 2+ (PO 4 ) 3- Ca 2+ (CO 3 ) 2- (PO 4 ) 3- Ca 2+ Na + CaO-P 2 O 5 (CO 3 ) 2- tělní tekutina rekryst. hydroxyapatit

22 Návrh nových materiálů zvyšování rychlosti srážení HAp slinutý HAp vysoce porézní HAp [Protivínský, Veselý; 2002]

23 Chemické úpravy bioaktivní Ti gel TiO 2 +Na + TiO 2 HCl NaOH Ti Inert.atm Ti Ca 2+ (PO 4 ) 3- Ca 2+ (CO 3 ) 2- (PO 4 ) 3- Ca 2+ Na + CaO-P 2 O 5 (CO 3 ) 2- tělní tekutina rekryst. hydroxyapatit

24 Návrh nových materiálů použití prekalcifikačních roztoků roztok SCS1 SCS2 Ca 2+ koncentrace [mmol.dm -3 ] H HCO - 2 PO ,0 5,0 1,5 5,0 2,5 1,5 Podíl Ca/P [at%/at%] krystal SCS spodní vrstva krystal SCS1 2,47 1,60 1,85 SCS2 2,47 2,65 1,77 SCS3 0,63 0,45 1,29 SCS3 10,0 2,5 1,5 SCS+SBF spodní vrstva 1,88 1,32 1,37 SCS1 +SBF SCS2 +SBF SCS3 +SBF [Skrčená, Heide, Helebrant; 2005]

25 Návrh nových materiálů použití prekalcifikačních roztoků chem upravený Ti bez prekalcifikace + SBF chem. upravený Ti + SCS + SBF [Horváthová, Rohanová, Calvez, Helebrant 2005]

26 Děkuji Vám za pozornost

Podobné dokumenty

FUNKČNÍ POVRCHOVÉ VRSTVY

Ústav skla a keramiky Fakulta chemické technologie VŠCHT Praha FUNKČNÍ POVRCHOVÉ VRSTVY I. Oxidické sol-gel vrstvy na sklech a jejich vlastnosti II. Vrstvy pro dentální a chirurgické implantáty na Tisubstrátech