פציעות רקמות קשות הנובעות מאסטאופורוזיס, טראומה, ניתוח גידולים, או עיוותים מולדים דורשים אסטרטגיות תיקון כי לשחזר הן שלמות מבנית והן תפקוד ביולוגי. גישות מסורתיות מסתמכות על מטענים או מחסנים, אך שיטות אלה להתמודד עם מגבלות טעונות אתריות, כולל תחלואה באתר התורם, אספקה בלתי מספקת, גניבת ניתנותנות משתנה, וסיכון של העברת מחלות.

מאמר זה בוחן את הדרישות הבסיסיות, כיתות חומריות, אסטרטגיות חיזוק ושיקולים קליניים עבור ביו-חומרים בלתי ניתנים להזרקת תיקון רקמות קשיח.phasis מונח על השגת כוח מכני דומה העצם הילידים תוך שמירה על ביו-גמישות ו ביואקטיביות.

צורך קליני לתיקון קטן ב-Minimally Invasive Hard Tissue

הנטל הגלובלי של הפרעות העצם הוא משמעותי. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁇ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .הנטל . .הנטל .הנטל .הנטל שברים .הנטל .הנטל .הנטל .הנטל שברים של הנטל שברים .הנטל .הנטל .הנטל .הנטל .הנטל שברים חסמים דחיס

ב vertebroplasty ו kyphoplasty, למשל, פולי מתיל methacrylate (PMMA) מלטs שימש במשך עשרות שנים כדי לייצב vertebrae שבור. עם זאת, PMMA חסר ביואקטיביות, לא resorb, יכול לגרום necrosis תרמי במהלך פולימרציה.

תכונות חיוניות של Injectable Bone Graft Substitutes

עיצוב ביו-חומרי מוצלח דורש איזון מספר, לעתים קרובות מתחרה, תכונות.הפרמטרים הבאים הם קריטיים עבור יישומים קשיחים רקמות:

  • (FLT:0) כוח ומודולולוציות תואם: ההרחבה: 1:1 החומר חייב לעמוד בפני כוחות דחוסים, הרהר, והטעינה מחזורית ללא כשל קטסטרופלי.עבור אתרים נושאי עומס, חוזקות דחוסות בטווח של 10-50 MPa בדרך כלל נדרשים לפטור את העצם, בעוד דרישות עצם קורטיות מעל 100 MPa Modulus חייב להיות מכוון כדי למנוע לחץ צמוד כדי לקדם את הרקמה.
  • (FLT:0) אי-ההתאמה והכפייה: ⁇ 1) הנוסחה חייבת לזרום דרך מחט קטן או קנאלה ללא הפרדה בשלב או סינון לחץ. cohesivity מונעת את החומר מניתוק במגע עם נוזלים במהלך הלידה ובזמן הגדרתו.
  • (FLT:0) ,להביט בזמן ובחלון הטיפול: ההרחבה 1 (A) A קלינית, טווח זמן הגדרת מקובל על טווחי 5 עד 15 דקות, מהר מדי, פשרות מוגדרות; איטי מדי מכדי סיכון קבוע של החומר לפני שהוא מקבל כוח.
  • (FLT:0) ביו-זמינות ואי-חוסניות:FLT:1 הרכיבים החומריים ומוצרי ההשפלה שלהם לא חייבים להצית דלקת כרונית, ציטוטוקיות, או תגובות אלרגיות.כימיה על פני השטח צריך לטובת דבקות תאים ושגשוג.
  • (FLT:0) ביואקטיביות ואוסטיאוסטרטיביות: FIRLT:1) החומר צריך לתמוך בהחזקה של אוסטאובסטרוד, הבחנה ומינרליזציה. באופן אידיאלי, הוא גם מציג אוסטאוסטינפורטיביות (היכולת לגייס ולבודד תאים לעבר קואוסטאוגני).
  • (FLT:0) ירידה מוזנחת:FLT:1ure Resorption Rate צריך להתאים את קצב היווצרות רקמות חדשה. אובדן מוקדם של תמיכה מכנית יכול להוביל לקריסה פגומה, בעוד השפלה איטית מדי מרתיעה לחלוטין את השיפוץ המלא.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

כיתות חומריות לפורמולציה בלתי ניתנת להזרקה

Calcium Phosphate Cements (CPCs)

CPCs self-harden באמצעות תגובה פירוק-precipitation כי יוצר הידרוקסיפיט (HA) או שלב מצחצח, בדומה מאוד למרכיב המינרל של העצם. היתרון העיקרי שלהם הוא דמיון כימי וגביע למינרל העצם הילידים, אשר מקדם חיבור ישיר ושיפוץ מחדש של CPC ניתן לשלוט באמצעות הבחירה של מזרמי סידן, יחס נוזלי ל-to-poder, תוספת של מ דחיסות Cccer או עיבוד C.

למרות היתרונות האלה, CPCs הם שופעים, עם קשיחות שבורה בדרך כלל פחות מ 1 MPamreaFLT:01/2IRFLT:1, ואת חוסר יכולת שלהם יכול להיות נפגע על ידי סינון דוחק במהלך extrusion.

משקפיים וזכוכית-Ceramics

משקפיים ביואקטיביים, כגון 45S5 Bioglass, לשחרר soluble silica, סידן, ופוספט ions על היממה. מינים אלה ionic לעורר ביטוי גנים אוסטיאוגני וליצור שכבת פליטת פחמן הידרוקסיל פחמן כי אג"ח חזק העצם. כמו חומרים בלתי ניתנים להזרקה, משקפיים ביואקטיביים משולבים לעתים קרובות כמו חלקיקים בתוך נושאת בעבר או בשילוב עם CPCs שלהם עודף פני השטח גבוהה שלהם יכול להאיץ את הביצועים שלהם עם בעיות אלקטרואקטיביות עדיין.

המונחים: Polymer-based Composites

פולימרים סינתטיים וטבעיים משמשים לשיפור אי-הזריות, הקשידות, והתנהגות ביולוגית של מערכות מבוססות קרמיקה. Common biodegradable פולימרים כוללים חומצה פולית (חומצה לקטטית), חומצה פולית (glycolic acid), ואת copolymers שלהם (PLGA), כמו גם פולימרים טבעיים כגון ג'לטין, chitosan, חומצה היאורית, ואלגנטית בשילוב עם קרמיקה, קרמיקה, קרמיקה, קרמיקה, קרמיקה, דחוסה 5.

הידרוג'ל רגישים - במיוחד אלה המבוססים על Chitosan ⁇ glyceroפוספט או מפונק - יכול להיות מוזרק כמו sol כי ג'לים בטמפרטורת הגוף, לשמש הן כנושא והן כחומר ממשק רך עד עצם ל-Boom.

Metallic Biomaterials

(גינסיום ו ⁇ ו מציעים שילוב ייחודי של biodegradability, יחס כוח גבוה למשקל, ומודולוס גמיש קרוב לזה של עצם קורטוטית (40–45 GPa) התקדמות אחרונה בפיתוח ⁇ וציפויים מגן הפחיתו את הכמויות המהירות של קורוזיה וגז מימן אשר מגבילה את השימוש הקליני שלהם.

אסטרטגיות להגדלת כוח מכני

העצם Native הוא תרכובת אלגנטית של חלקיקים מסוכרים ומינרליים אשר משיגה גם נוקשות וגם קשיחות. biomaterials בלתי ניתן להפלת הביצועים האלה בתוך אילוצים של מבשר זרימה.

המונחים: wescale Reinforcements

שילוב של ננופיברים, ננווטים, או חלקיקים יכול לשפר באופן דרמטי תכונות מכניות עם השפעה מינימלית על אי-דיוקן. nanofibers, nanowires (nHA), oxide (GO), צינורות פחמן (CNTs), ו nanocrystalstals חייב למנוע באופן משמעותי את השברים C2 נלקחים באופן משמעותי.

כוח הסיבים לכדי נוקשות

סיבים קצרים ללא הרף (סיבים פחמן, סיבים פולימרים כגון פוליcaprolactone, או resorbable Vitrigel סיבים) ניתן לשלב לתוך פסים בלתי ניתנים להזרקה. כמו תרופות חומריות, סיבים גשר סדקים ולהגדיל את העבודה של שבר. מחקרים על CPCs המכיל 5-15% סיבים פוליפרולנים הראו עלייה כפולה בחוזק חום ו 10 מ"מ"מ יש להימנע ממטרד (לא יכול להיות יותר מאשר עם עמידות בין 5-15) עם סיבים פוליפר).

רשתות בין-Setting ו- Interpenetrating

מושג יעיל במיוחד הוא השילוב של שני מסלולים פולימריזציה עצמאיים.לדוגמה, ניסוח CPC יכול לכלול הידרוג הידרוגל בעל ערך ביולוגית העובר קוהור קוהורקינגים מיד לאחר הזריקה.רשת הידרוג'ל מעניקה כוח כפייתי ומונעת כביסה, בעוד שלב הקרמיקה מספק התנגדות דחיסה.מערכות כפולות אלה יכולות להגיע לחוזקות גבוהות יותר מ-90a ולהראות התנהגות משופרת של אינטרפאטמוסטאז'ן עם חלקיקים אחרים, עם קרמיקה, עם קרמיקה, עם קרמיקה, עם קרמיקה, עם קרמיקה, עם קרמיקה, עם קרמיקה, עם דחוסים או דחוסים, עם קרמיקה, עם דחוסים, עם דחוסים, עם דחוסים, עם דחוסים, עם דחוסים אחרים, עם דחוסים, עם דחוסים דחוסים, עם דחוסים דחוסים דחוסים, עם דחוסים דחוסים, עם דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים, עם מערכות אלה יכולים להגיע דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים, עם מערכות אלה יכולים להגיע דחוסים דחוסים דחוסים דחוסים, עם מערכות אלה יכולים להגיע לכדי דחוסים דחוסים

משלוח Apparatus וזרימת עבודה קלינית

הפריסה הקלינית של biomaterials injectable דורש תשומת לב זהירה לערבב, משלוח, הגדרת שליטה. pre מלא כיס כפול-chamber הם נפוצים, שבו אבקה ונוזל מעורבים מיד לפני הזריקה. Static או דינמי לערבב להבטיח הומוגניות.התערות של העבר חייב להיות נמוך מספיק עבור הזריקה באמצעות 10 עד 14-gae עדיין צריך גבוה מספיק כדי למנוע דליפה סביב הרקמות שמסביב.

קביעת זמן היא לעתים קרובות מותאמים על ידי תוספים כגון חומצה citric (לפעולה מאיץ) או שיוטסאן (לחזרה) תוספת של tomography (CT) או הדרכה פלואוסקופית מאפשרת מיקום מדויק. עבור התרחבות vertebral, a cannula מוכנס דרך הדל, ואת החומר מוזרק תחת הדמיה בזמן אמת כדי לפקח על מילוי וגילוי נוסף.

עבודה חדשה גם חקרה את השימוש במערכות הזריקה הרובוטיות ואת משוב מבוסס תמונה כדי להתאים את קצב זרימת הדם ולחץ, צמצום הסיכון של דליפת מלט.

ביואקטיביות ואוסיאוטיזם

מעבר לביצועים מכניים, ביו-חומרי בלתי ניתן להזרים ריפוי העצם.זה כולל רצף של אירועים: מודעות של חלבונים מנוזלי דם ורקמות, דבקות וההגירה של תאים אוסטיאוגניים, פיזור של ממטריקס מינרלי, והחלפתו של העצם הלטרית.החומר האידיאלי יש להציג מיקרו-טופוגרפיה ננו-טופית המחקה את המפרש, שחרור אוסטאוסטיני, אותות משוחררים ודרטיביים, ומאפשרת-מחדשהמתים ומודלים מתקדמים.

שילוב של גורמי צמיחה - כגון חלבון צמחי עצמות (BMP-2), גורם צמיחה דו-חמצני פולשני (VEGF), או גורם צמיחה fibrolast (FGF) - בנוסחאות בלתי ניתנות להזרקה הראו ריפוי מואץ במודלים פרה-קליניים.עם זאת, אופטימיזציה ושחרור מבוקר נותרו קריטיים כדי למנוע היווצרות העצם הectic או מערכות over-timulation.

כמה חומרים, כגון משקפיים ביואקטיביים ו-סיליקון-substituted סידן פוספט, מעוררים את אוסטאוגנזה באמצעות אותות קוליים ישירים ולא גורמי צמיחה אקסוגניים.זה "ביואקטיביות פנימית" יכול לפשט מסלולים רגולטוריים ועדיין להשיג התחדשות העצם חזקה.

מגבלות נוכחיות וצרכים קליניים לא-מט

למרות התקדמות ניכרת, כמה מהמכשולים נמשכים לפני biomaterials בלתי ניתן להזרקת יכול להיות שתלים באופן מלא עבור כל אינדיקציות.

  • (FLT:0) התנגדות תזונתית ויציבות ארוכת טווח: ⁇ 1:1 (המלטות הבלתי ניתנות להזרקה הם מתפתלים ומוכנים לעייפות שבר תחת עומס מחזורי.באתרים הקשורים למשקל כמו ראש העובר או הרמה הטיהילית, אי ספיקת קטסטרופלית יכולה להתרחש לפני שטיפת העצם מספיקה התרחשה.
  • (FLT:0) - שינוי הסחר הסטרטג: חומרי ההרחבה 1:1 אשר מדגימים במהירות ירידה בתמיכה מכנית בטרם עת. Balancing היבטים אלה דורש אדריכלות מורכבת מתוחכמת ושפל הסתגלות.
  • הסיכון להפחתה:0 (FLT:1 כל חומר זר יכול להפוך ל nidus עבור חיידקי ⁇ .אנטיביוטיקה-אלטיזציה של ביו-חומרים בלתי ניתנים להזרקה פותחה (למשל, CPCs מוסגרים), אך יעילות מתמשכת נגד אורגניזמים עמידים עדיין נמצאת בחקירה.
  • (FLT:0) חיזוי חיזוי חיזוי חיזוי חיזוי חיזוי חיזוי חיזוי חיזוי ריאה:FLT:1 וריאציות קטנות בטמפרטורה מחממת, ערבוב טכניקה או תכולת לחות אבקה יכול לשנות את הגמישות ולהגדיר זמן, המוביל לתוצאות קליניות לא עקביות.
  • (FLT:0) מסלול רישום: 1.FLT:1 הדגמה של שוויון למכשירים קיימים או הוכחת בטיחות ויעילות באמצעות ניסויים קליניים יכול להיות ארוך ויקר, במיוחד עבור מוצרים שילובים חדשים המשלבים ביולוגיים או תאים.

גבולות מתעוררים ב- Biomaterials בלתי ניתנים להזרקת

3D-Printed Injectable Scaffolds

התקדמות בדפוס 3D עכשיו לאפשר ייצור של שתלים ספציפיים לחולה שניתן מוזרק בצורה קומפקטית ולאחר מכן להרחיב או צורה מקובע בתוך situ. Shape-memory פולימרים, חומרים המבוססים על ניטינינול, וניתן להדפיס CPCs שונה לתוך אדריכלות דחוסה כי מרחיבה על hydration או טמפרטורה שינוי. גישה זו משלבת את היתרונות של תכנון טרום פעיל והתאמה אישית עם מינימליות של הזריקה פולשנית של זריקות פולשנית.

ג'ין-Activated Matrices

הזרקת וקטורים שאינם-ויראליים הנושאים גנים אוסטיאוגניים (למשל, BMP-2 או Runx2) משובצים בתוך נושאת ביו-דידידית המאפשרת ניתוק מקומי של תאים נודדים לאתר הפגם. Gene-activated matrices הראו הבטחה בגיעת פגמים קריטיים בגודלם במודלים בעלי חיים, צמצום הצורך במשלוח חלבון רב-גבוה.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונות

מודלים של למידת מכונות משמשים כדי לחזות יחסים ההרכב האופטימלי עבור אי-נוחות וכוח מוחלט.על ידי אימון על נתונים של פרמטרים פורמולה, אלגוריתמים אלה יכולים לזהות שילובים לא-אינטואיציה להשגת תכונות מטרה, עלייה בגילוי חומרים.בעתיד, מודלים כאלה יכולים להשתלב במרפאה כדי להתאים חומרים בזמן אמת על בסיס נתונים הדמיה ספציפית לחולה.

מערכות חכמות וקודמות-תגובה

חומרים מגיבים ל- pH, פעילות אנזאומטית, או עומס מכני נמצאים באופק.לדוגמה, הידרוגלים בלתי ניתנים להזרקת כי נוקשות כאשר נחשפים למיקרו-סביבה של עיצוב העצם פעיל יכול לספק תמיכה הסתגלות בדיוק היכן ומתי הוא נחוץ באופן דומה, שמירה עצמית ביו-חומרים חד-עצמית יכולה לשחזר מיקרו-קרקרקרטיים אוטונומיים, להאריך את השירות של ההתחדשות בזמן שהתחדשות העצם.

מסקנה

הפיתוח של ביו-חומרים בלתי ניתנים להזרקת תיקון רקמות קשיח התפתח מפולימרים פשוטים או מטבוליים מלט ועד לרכיבים מתוחכמות, מכנית חזקים שמשתתתתפת באופן פעיל בתהליך הריפוי.על ידי שילוב הכימיה של סידן פוספט עם פולימר או חיזוק מתכתי, תוספים ננוקליים, ומשלוח מבוקר של רמזים ביואקטיביים, חומרים אלה יכולים כעת לספק יציבות מכנית מיידית תוך תמיכה בהתחדשות מלאה של עמידות, עמידות, עמידות, עמידות פנימית, אך היא מתמשכת, אך היא בעלת טווח ביולוגי מתמשך, אך היא ממשיכה להיות גמישה, אך ממשיכה לספק, אך ורקדה, אך היא בעלת טווח ביולוגי מתמשך של גירוי מלאכותי, אך היא ממשיכה, אך היא ממשיכה לספק, אך היא ממשיכה לספק, אך היא ממשיכה לספק, אך היא בעלת טווח ביולוגי מתמשך של גירוי מלאכותי, אך היא ממשיכה, אך היא ממשיכה לספק, באופן קבוע, אך היא ממשיכה, תוך כדי שיפור אינטנסיבי של גירוי ביולוגי, אך היא ממשיכה לספק, תוך כדי שיפור אינטנסיבי של גירוי ביולוגי, תוך כדי עמידה, תוך כדי עמידה, עם התפתחותי, בתנאי שהיא ממשיכה, תוך כדי תמיכה של גירוי מלאכותי, תוך כדי עמידה, תוך כדי תמיכה של גירוי מלאכותי, עמידות, עם התרחבות של גירוי מלאכותי, עמידות, אך ורקדתי, אך ורקדתי

(ב) ויקרא: ויקרא: ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא:2 ויקרא: ויקרא: ויקרא יט): "החומרים הביו-חומריים הבלתי ניתנים למניעה של תיקון העצם" (בראשית כ"ד: 5 ו-FLT:6)