הפוטנציאל של ביומטרילים מוגזמים בגראפיין לשימוש ברקמות קשות

המדע שמאחורי Graphene-Enhanced Biomaterials

Graphene, דו-ממדי של פחמן הכולל שכבת יחיד של אטומים מסודרים בדבש hexagonal דבשcomb lattice, התפתח כחומר טרנספורמטיבי בהנדסה ביו-רפואית.שילוב יוצא דופן של נוקשות מכנית, מוליכות חשמלית, וכימיה משטח הופכת אותו ייחודי מתאים לאפקטים ביולוגיים המיועדים לתיקון קשיח והתחדשות.

הערעור הבסיסי של גרפן ביישומים של רקמות קשות נובע מאזור פני השטח הספציפי המדהים שלה, אשר יכול לעלות על 2600 m2 /g, ואת היכולת שלה אינטראקציה עם מולקולות ביולוגיות באמצעות כוחות לא-קו-שוויון, קיפאון מימן, ואינטראקציות ערימה פי-פיפון אלה מאפשרים גרפן לפעול לא רק כממלא פונקציונלי, אלא כממשק פעיל המאמת מודעות חלבונים, הדבקה תאים תת-חמצני, אשר הראו לאחר מכן, אפילו חומרים גרף של חומר גרף של חומר גרף-החומרים, אשר הראה גרף-מחדש-מחדש, אשר מקדם: 1DMAFDMAFDMAFDOcgic, אשר הראה גרף-D.

יתרונות מבניים ותפקודיים עבור עצמות ויישומים שיניים

כוח מכני ב-Minimal Loading Fractions

אחד היתרונות המשכנעים ביותר של ביו-חומרים גרפיניים הוא היכולת שלהם להשיג שיפורים מכניים משמעותיים בשברירי טעינה נמוכה באופן מפתיע.בניגוד לממלאים מורכבים הדורשים שבריריות משמעותיות כדי להקנות כוח, גרפן ונגזרות שלה יכולים לשפר את חוזקם של עשרות, מודלוסים, ושבר בריכוזים מתחת למשקל אחד.

במחקר מייצג על תרכובות פוליפטרון-גרף של פחמן מורכב יישומים פיגומים העצם, החוקרים דיווחו על עלייה של 78% במודולולוס דחוס ושיפור של 52% בחוזק התשואות עם תוספת של רק 0.5 אחוזים תחמוצת גרפן גרף. שיפורים אלה הם קריטיים עבור שתלים נושאי עומס אוטופודי כי חייב לעמוד בלחצים פיזיולוגיים ללא כשלון או עיוות יתר.

אוסטאובטיבי ו-Osteoinductive Surface Properties

פני השטח של Graphene מציגים נוף טופוגרפי וכימיקלי ייחודי המקדמת את החידה של osteoblast, הפצה והפצתו. The nanoscale גסות ואת נוכחותן של קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן על oxide גרף יוצר אתרים מחייבים עבור חלבונים דבקים כגון fibronectin ו vitronectin, אשר אינטראקציות טרום-surfacesption של חלבונים אלה מ סרום או ארגון גרף חזק יותר מאשר גרף מגנטית תרבות גרף מגנטית, הוא חזק יותר מאשר גרף מגנטית מגנטית, לעומת גרף מגנטית מגנטית מתקדמת יותר, לעומת גרף מגנטית מגנטית מגנטית, הוא שיפור פני השטח.

מעבר לדבקות, גרפן הוכח להשפיע על ביטוי גנים אוסטיאוגני באמצעות מנגנונים ישירים ועקיפים.הנוקשות הפנימית של הגרף גרפן מספקת רמזים מכניים המפעילים את החלבון כביכול (YAP) ושותף תמליל עם מוטיבים PDZ-binding (TAZ) אותות מכניים, אשר ידועים מדיה של תאים מנקה מקומית, כולל חומרת חומרת חומרת עצם.

חשמל ו- bioelectric Stimulation

מוליכות חשמלית של גרפן, אשר יכול לעלות על 200,000 ס"מ / V-s עבור ניידות נושאת בדגימות priseine, פותח אפשרויות לגירוי פעיל של חידוש רקמות קשיח.עצמות הוא חומר אדזואלקטרי שיוצר פוטנציאל חשמלי תחת טעינה מכנית, ואותוות אנדוגניים אלה ממלאים תפקיד בשמירה על מסת העצם ובימוי של גרפיטיאוטציה.

נכס זה רלוונטי במיוחד לטיפול שברים שאינם חדונים או פגמים העצם בגודל קריטי שבו ריפוי אנדוגני אינו מספיק.שלב ביומטרים מבוססי גרפן עם אולטרסאונד דל-רגישות דופק או גירוי שדה אלקטרומגנטי מייצג אסטרטגיה טיפולית מבטיחה שיכולה לקצר את זמני ההתאוששות ולשפר את התוצאות בתרחישים קליניים מאתגרים.

יישומים בHard Tissue Engineering

התחדשות העצם ותיקון ביקורתי

הטיפול במומים גדולים העצם הנובעים מטראומה, ניתוח גידול, או חריגות מולדות נשאר אתגר קליני משמעותי. Graphene-enhanced scaffolds מציעים פתרון פוטנציאלי על ידי מתן ארכיטקטורה תלת-ממדית התומכת בחדירה תאים, vascularization, ומבנה העצם חדש תוך שמירה על יציבות מכנית לאורך תהליך הריפוי.

אלקטרוספנון ננופיברווס מפוספסים המורכבים מפולימרים כגון חומצה פולית-קו-קו-גליקולית) או פוליcaprolactone מעורב עם תחמוצת גרפן הפגינו תאימות תאים יוצאת דופן ופוטנציאל אוסטאוגני.ה סיבי התואמים מחקה את המבנה הירוכי של ממטרת חוץ-מולתית של העצם, בעוד המרכיב הגרף מגביר את הגרף ומספק בסימנים מבניים כמעט, אשר הראו כי הם גילומים של דגימות גסות לחלוטין, כמעט, אשר מכילות, הן מכילות, הן, הן, הן, הן, הן מכילות, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, והן מכילות, הן, באופן משמעותי, הן, והן, הן, הן, הן, הן, באופן משמעותי, הן, הן, והן, והן, באופן משמעותי, הן, והן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, הן, והן, הן, הן, הן, והן, והן, הן, הן, והן, והן, והן, והן,

עבור יישומים נושאי עומס, החוקרים פיתחו הידרוג'ל מורכבים המשלבים גרפן ננופליות לתוך מטבוליות פולימר טבעי כגון alginate, ג'לטין, או חומצה היאלורונית.נוסחאות בלתי ניתנות להזרקות אלה ניתן להעביר מינימלית ופולנית עומסים ב-blinked כדי ליצור מבנים יציבים כי ממלאים פגומה גיאומית בלתי סדירה.

השתלת שיניים ו- Osseointegration

כישלונות השתלים שיניים לעתים קרובות נובעים משטחים של שתלים לא מספיקים או זיהומים peri-implant. Graphene החל טיטניום או zirconia הראו יכולת יוצאת דופן לטפל בשני הנושאים בו זמנית.תהליך הציפוי ניתן להשיג באמצעות הדבקה כימית, זיהום אלקטרופור, או שכבת שכבה על ידי שכבת-ידי שכבת, לייצר סרט גרפין קונפורציוניסטטיבי ששומר על התכונות הנטוגרפיות של השכבה הבסיסית.

התגובה הביולוגית להשתלת גרף-קוגן מאופיינת על ידי תצוגת osteoblast החזקות וההתבגרות. בניסויים vitro להוכיח כי תאים טרום-אוקטבסטופלסטיים בתרבות על טיטניום המואץ באופן משמעותי גבוה יותר alkaline phosphatase ו סידן deposition בהשוואה לפקדים לא-מכופים.המנגנון כולל המודעות של חלבונים מורגניים על פני השטח, שם הם מספקים יותר גרף ביולוגי וקודדים חזקים יותר מאשרים חזקים יותר מאשרים חזקים יותר מאשרים בעלי חיים מתקדמים יותר מאשרים מתקדמים יותר מאשרים מתקדמים יותר מאשר גרף זמן גרף גבוה יותר מאשר גרף גבוה יותר מאשר גרף גבוה יותר מאשר גרף גבוה יותר מאשר גרף גבוה יותר מאשר גרף גבוה יותר מאשר גרף זמן גרף חזק יותר מאשר גרף חזק יותר מאשר גרף חזק יותר מאשר גרף חזק יותר מאשר גרף זמן גרף בעל תפקוד גבוה יותר מאשר גרף בעל תפקוד גרף גבוה יותר מאשר גרף חזק יותר מאשר גרף חזק יותר מאשר גרף חזק יותר מאשר גרף חזק יותר מאשר גרף חזק יותר מאשר גרף זמן גרף חזק יותר מאשר גרף גבוה יותר מאשר גרף זמן גרף חזק יותר מאשר גרף חזק יותר מאשר גרף זמן גרף חזק יותר מאשר

בנוסף לקידום שילוב העצם, ציפוי גרפן יש תכונות אנטיבקטריאליות אינטריאליות להפחית את הסיכון של זיהומים הקשורים להשתלות.ה הקצוות החדים של גליונות גרפן יכולים לשבש את קרום תאי חיידקי באמצעות תהליך המכונה ננו-קנאף חיתוך, בעוד מינים תגובתיים שנוצרו על פני השטח מעוררים מתח חמצן בתאים מיקרוביאליים אלה הם יעילים נגד חיידקים:

שיניים Cements, Fillers, and Restorative Materials

Graphene מצא יישומים מבטיחים בחומרים מנוחה שיניים שבו עמידות מכנית ופעילות אנטימיקרוביאלית הם חיוניים. גלאס ionomer מלטs ו ממורכבים המבוססים על שרף, בשימוש נרחב עבור מילויים ו luting, סובלים ממגבלות בנוקשות שבורה ובישולי התנגדות שתורמים לשיקום מעל זמן. שילוב של ננופליות בריכוזים בין 0.1 ל-1 אחוזים הוכח לגמישות על ידי יותר מ -40% ל נוקשות.

התוספת של גרפן משנה גם את הקינטיקה פולימריזציה ואת התואר של המרה ב resinsed אור, הדורש אופטימיזציה של ריפוי מלא ללא התכווצות מופרזת.כאשר מתונסח כראוי, גרפן-enanced מורכב להראות שולי מים מופחתים ושיפור יציבות צבע בהשוואה לחומרים קונבנציונליים, טיפול בתלונות קליניות נפוצות, פעילות אנטיביאלית של גרפן להפחית את שולי הסיכון משניים כגון: 0 מגנטיים עלולים כגון שיקום נמוך יותר.

המונחים: timeontal and Craniofacial Applications

מעבר לעצמות ולשחזור שיניים, מחלת גרף-enhanced biomaterials נחקרים עבור התחדשות תקופתית ושיקום craniofacial. periodontal כרוכה בחורבן הפרוגרסיבי של המבנים התומכים של השיניים, כולל מלטום, ligament תקופתית, ו- alveolar עצם הנחרצת.

בניתוח craniofacial, גרפן-enhanced פולימריים מפותחים לשיקום הרצפה המקיפה, תיקון פגם חד-משמעי, וכסמרון cranial reמודלing. אלה חומרים ביקוש שניתן לתאם בתוך intraactively, לשמור על שלמות מבנית תחת טעינת רקמות רכות, ולתמוך שטף העצם מן השוליים.קליניים באמצעות גרפן-חמצני-לכאורה הוכחוגנית-דלקתיים דומים לקצבים מורכבים.

שיטות סינתזה ואינטגרציה

Graphene Derivatives ו- Surface Functionalization

הבחירה של נגזרות גרפן משפיעה באופן משמעותי על הביצועים של biomaterial מורכב. Pristine גרפן, המיוצר באמצעות הדבקה מכנית או זיהום אלקטרופור כימי, מציעה את מוליכות חשמלית הגבוהה ביותר וכוח מכני אבל חסר פיזור בסביבה queous או פיזיולוגית. Graphene oxides, מסונתז דרך שיטת Hummers, מציג הידרוקס, epoxy, carylbox, פחמן, ו phoic phoilic phos phos photial , , photial photial ⁇ photial , ⁇ גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף גרף phoperic phopericial phoperic phoperic photphilative photphilative photphilative photial phoperic phoperic phoperic phoperic phoperic phoperic phoperic phoperic phoperic phoperic phoperic phoperic phoperic

אסטרטגיות פונקציונליות משטח מאפשרות כוונון עדין של תכונות גרפן עבור יישומים ספציפיים. covalent fferting של פוליאתילן גליקול משפר יציבות קולואידית ולהפחית היווצרות של חלבונים, אשר יכול להפריע אינטראקציות סלולריות.הדבקה עם pepting העצם-targeting peptides כגון רצף האנליטי של סרסטין משפר את הצטברות באתרי רקמות מינרליים.

טכניקות ייצור עבור Composite Biomaterials

שילוב גרפן לתוך מטבוליות ביו-חומריות דורש תשומת לב זהירה לפיזור אחידות, כמו agglomeration של גליונות גרפן יוצר נקודות ריכוז הלחץ כי degrad ביצועים מכניים ועלול לגרום לתגובות ביולוגיות שליליות.שיטות תערובת מבוססות Solvent באמצעות או זיהום גבוה של הומוגניזציה גבוהה להשיג פיזור הולם עבור ריכוז נמוך מורכב. in situ פולימיזציה, שבו גרפן מפוזר במונומרון, מייצרת לפני הפצה אחידה יותר ויותר.

טכנולוגיות ייצור אדקטיבית, כולל מודלים ממוזגים וסטראוליתוגרפיה, מאפשרות שליטה מרחבית מדויקת של חלוקת גרפן בתוך מבנים תלת-ממדיים. על ידי שילוב גרפן לחומרים fila או resimable resins, החוקרים יכולים ליצור פיגומים ספציפיים לחולה עם הרכב כיתה, פורוסיות, ונכסים מכניים זה של התאמה הוא בעל ערך במיוחד עבור ערומים מורכבים של גאומטריה ייחודית שבו המטופל הוא ייחודי הוא הגאומטריה ייחודית.

גמישות ואינטראקציות ביולוגיות

פרופיל הבטיחות של ביו-חומרים גרפיים של גרפן-ננטלי תלוי בגורמים מרובים כולל הגודל המאוחר, מספר שכבתי, כימיה פני השטח וריכוז של גרפן קטן יותר (איור:0) 1 μm) נוטים להישאר על פני השטח התא ולקדם את היווצרות של חומרת ריכוז.

חשוב לציין, את ההשפלה וההבהרה של גרפן מהגוף נותרו אזורים פעילים של חקירה.גרפן oxide ניתן להשמד חלקית על ידי myeloperoxidase, אנזים המיוצרים על ידי תאים חיסוניים, יצירת קטעים קטנים יותר שניתן לנקות באמצעות סינון חוזר.קצב ההשפלה מושפעת מדרגה של חמצון ותפקוד, עם צורות חריפות יותר מחלחלות, תוך כדי התמוטטות ביולוגית הכרחית.

אתגרים ומכשולים לתרגום קליני

תקנים והתאמה

מכשול גדול לאימוץ הנרחב של ביו-חומרים המוערכים בגרפן הוא חוסר פרוטוקולים סטנדרטיים של אפיון ומדדי בקרת איכות.תכונות גרפן משתנות באופן משמעותי בהתאם לשיטת הסינתזה, עקביות ותנאי אחסון.ללא סטנדרטים מקובלים אוניברסליים להגדרת סוג גרפן, שכבה, דחיסות וטוהר, תוצאות על פני מחקרים קשים, אישורים רגולטוריים כגון ארגונים סטנדרטיים עבור גרף בינלאומי, כגון קידודים עבור ארגונים סטנדרטיים עבור גרף סטנדרטיים עבור גרף סטנדרטיים עבור ארגונים גרף סטנדרטיים.

תוצאות חיפוש ואתגרי עיבוד

שמירה על פיזור יציב של גרפן בתוך מזחלות פולימר במהלך עיבוד ואחסון נשאר אתגר טכני.נטיית גליונות גרפן לנוח על ידי אינטראקציות ואן דר Waals מוביל להפחתה ונכסים חומריים פגום. Surfaceization עם ייצוב פולימריאומרי פולימרי או גולשים משפרים את הפיזור אבל מציג משתנים נוספים שיש להתאים לכל יישום ספציפי.

המונחים: path

Graphene-enhanced biomaterials תופסת שטח רגולטורי ייחודי שאינו מתאים באופן מסודר למכשיר הקיים או לסיווגים של תרופות. US Food and Drug Administration ו- European Medicines Agency עדיין לא הוציאו הדרכה ספציפית למוצרים המבוססים על גרפן, יצירת אי ודאות עבור יצרנים המבקשים אישור שוק.הסיווג כמכשיר עם רכיב דמוי סמים, או כשילוב של תרופות, יהיה תלוי העיקרי של מנגנון הפעולה המוקדם של בדיקות ISO בהצלחה עם סטנדרטים קליניים ובדיקה קפדנית.

אפשרויות לעתיד ואפשרויות מתפתחות

מערכות אחריות רבות

הדור הבא של גרפן-enhanced biomaterials נעים מעבר חיזוק פסיבי לעבר מערכות פעיל, תגובתיות להסתגל לתנאים פיזיולוגיים. תרכובות פולימר-גרפן מגיבות העוברות מעבר שלב בטמפרטורת הגוף יכול להקל על משלוח מינימלי כמו נוזל פולשני כי ג'ל על השתלת חומרים גרפיניים. pH-תגובה גורמות לגורמי אוסטיאוגניות במולקולות אופייניות של זיהומים או מתודולוגיים אלה יכולים לייצג חומרים ניהוליים מורכבים של תרופות נוגדות, אשר יכולות לייצג את חומר ניהול תרופות נוגדות טיפוליות, אשר יכולות להיות מסוגלות רגישות נפשית ואפקטיביות, ואפקטיביות, אשר יכולות לייצג את חומר ניהולית, אשר יכול לייצג את חומר ניהול תרופות נוגדות טיפוליות, אשר יכול לייצג את חומר ניהולית, ואפקטיביות טיפוליות, ואפקטיביות טיפוליות, אשר יכול לייצג את חומר ניהולית, אשר יכול לייצג את חומר ניהול תרופות נוגדות של חומרים מתודולוגיות רגישות נפשית.

שילוב עם טכנולוגיות מתפתחות אחרות

השילוב של גרפן עם חומרים מתקדמים אחרים מציע אפקטים סינרגטיים כי להגביר את היתרונות של כל רכיב. Graphene-ceramic nanocomposites כי תערובת את הקשיות של גרפן עם הביואקטיביות של פוספטים סידן או משקפיים ביואקטיביים לספק יישומים מכניים ביולוגיים ספציפיים של תרכובות פחמן, כולל תרכובות מגנטיות, כולל גרף משולב סגסוגת טיטניום או מגנזיום מבוסס biodeedic, הן כתובות נטורופיות.

גישות הקשורות למטופל

ההתקדמות בתחום ההדמיה הרפואית, מודלים חישוביים, וייצור תוספי הם שילוב כדי לאפשר השתלים ספציפיים לחולה גרף ספציפי גרפן-enhanced ו- הפיגמומים. על ידי שילוב נתונים CT או MRI עם ניתוח אלמנט סופי, רופאים יכולים לעצב שתלים עם ⁇ porosity, קשיחות משתנה, אופטימיזציה של גרפן מותאם לדרישות מכניות של טכנולוגיות פגומים Bioprinting כי משלבות את גרפן לתוך פתח של תאים באופן מדויק של יכולת ייצור.

תצפית קלינית

בעוד שרוב המחקר ביו-חומרי גרפן נשאר בשלב הטרקליני, כמה ניסויים קליניים מוקדמים הם בדרך או בהכנה. מחקרים אלה מתמקדים בעיקר ביישומים שיניים, שבו פרופיל הסיכון-תועלת הוא חיובי ואת המסלול הרגולטורי הוא פשוט יחסית.ניסוי קליני הערכה של השתלים שיניים גרף-קוגני בחולים אנושיים דיווח על תוצאות ראשוניות מבטיחות במונחים של שיעורי השתלות שתן או ציפוי לטווח ארוך יותר, כולל סימנים רפואיים גמישים יותר, כולל תחלופה.

מסקנה

Graphene-enhanced biomaterials מייצגים שינוי פרדיגמה בגישה לתיקון רקמות קשיח והתחדשות. השילוב הייחודי של חיזוק מכני, כימיה משטח אוסטיאונדטיבי, מוליכות חשמלית, ופעילות אנטי-בקטריאלית מציבה חומרים אלה כפלטפורמות צדדיות לטיפול במגבלות של פתרונות הקליניים הנוכחיים.מתגבר על פגם העצם ושיפור אינטגרציה שיניים לשיפור עמידות של חומרים מנוחה, פוטנציאל של ספקטרום ההנדסה המלאה.

המשך התקדמות בשיטות סינתזה, פונקציונליות פני השטח וטכניקות ייצור יענו לאתגרים הנוכחיים הקשורים לפיזור יציבות, הערכה ביו-אופטימית, וציות רגולטוריות. כמו שדה הבוגר, סטנדרטיזציה של פרוטוקולים אפיון ודור של נתונים ארוכי טווח בטיחות יפתרו את הדרך לאימוץ קליני פגום.שילוב של גרפן עם טכנולוגיות מתפתחות כגון 3Dprinting, מערכות פולימרומרי, וגישות עיצוב תגובה יותר ל-תרגול הן רק כדי לספק פתרונות מתקדמים יותר.