Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Bioaktivní sklokeramika nahrazující kost

Neživé náhrady srůstající s živou tkání
 |  5. 3. 2000
 |  Vesmír 79, 130, 2000/3

Nahradit kostní tkáň se lidé pokoušeli již dávno, asi nejstarším dokladem této činnosti je neolitická náhrada čelní kosti zlatou destičkou objevená v Peru. Před více než tisícem let zajímala možnost náhrady kostí například rozvinutou arabskou medicínu, před pěti sty lety se těmito otázkami zabývali Aztékové. Jako náhrada se nabízejí především biologické materiály. Stále více se však počítá i s materiály nebiologickými, jako jsou kovy a jejich slitiny, keramické materiály, polymerní látky (plasty) a kompozity (složené materiály). Podmínkou je, aby látka voperovaná do živé tkáně nebyla toxická pro živé buňky, nevyvolávala zánětlivou reakci, nepůsobila mutagenně a nebyla kancerogenní. V poslední době se uplatňují zejména keramické povrchově bioaktivní materiály, které zdařile napodobují výhody materiálů biologických.

Biokeramika

Není snad příliš šťastné, že se „nebiologické“ náhradě „biologické“ kosti říká biokeramika, proto je třeba vysvětlit, že se tím myslí keramika biotolerantní, tedy taková, kterou živé tkáně dobře snesou. Podle toho, jak materiál na živou tkáň působí, rozlišujeme biokeramiku inertní, resorbovatelnou a bioaktivní (na ni organizmus reaguje, jako kdyby byla skutečně živá).

  • Inertní biokeramika je například korundová nebo na bázi oxidu zirkoničitého. Tyto materiály živá kostní tkáň toleruje. Kostní trámce se s implantátem nespojí chemickou vazbou. Kostní buňky osídlují povrch, a jestliže jde o porézní keramiku, vniká nově vytvořená kost na omezenou vzdálenost do pórů. Většinou se však za nějaký čas kolem implantátu vytvoří vazivové pouzdro (organizmus tak reaguje na přítomnost cizího tělesa).
  • Resorbovatelná biokeramika na bázi vápenatých solí, například fosforečnanů, uhličitanů nebo síranů. Tyto materiály slouží jako dočasná náhrada kostí. Při obnovování kostní tkáně se implantovaný materiál postupně vstřebává.
  • Bioaktivní materiály (například hutný hydroxyapatit, bioaktivní skla, bioaktivní sklokeramika nebo bioaktivní kompozity) mají schopnost vytvářet pevnou chemickou vazbu s živou kostní tkání přímo, nikoliv prostřednictvím vaziva.

    V 70. letech vyvinul L. L. Henche povrchově bioaktivní skla na bázi sodnovápenatokřemičitých skel s přídavkem oxidu fosforečného, která se v určitém rozsahu složení mohou chemicky vázat nejen na kostní tkáň, ale vytvářejí vazbu i s měkkou tkání (obr. 1). Bioaktivní skla však mají nízkou mechanickou pevnost, proto se příliš nehodí pro klinické využití. Naproti tomu bioaktivní sklokeramické materiály na bázi apatitu a wollastonitu mají vynikající mechanické vlastnosti, které se uplatní například v ortopedii, neurochirurgii nebo čelistní a obličejové chirurgii. K těmto materiálům patří japonská sklokeramika Cerabone A/W, německý Ilmaplant a český BAS-O.

  • Materiál BAS-O je bioaktivní, dlouhodobě stabilní a má vysokou mechanickou pevnost. Jde o anorganickou polykrystalickou nekovovou látku, která se připravuje řízenou krystalizací skla. Při ní je amorfní materiál přeměněn ve sklokeramiku s hlavními krystalickými fázemi apatitem a wollastonitem. Základní podmínkou pro vznik vazby mezi implantátem BAS-O a živou kostní tkání je tvorba tenké povrchové vrstvy obohacené o vápník a fosfor, která vzniká na povrchu jako výsledek reakce mezi implantátem a tělní tekutinou (obr. 2). Tato vrstva, zpočátku amorfní, se časem mění na polykrystalickou vrstvu apatitových útvarů podobných kostnímu apatitu (obr. 3). Implantát není pro organizmus cizorodým tělesem, takže s ním během 4 až 8 týdnů vytvoří pevnou vazbu. BAS-O má pevnost v ohybu podobnou jako kost a pevnost v tlaku oproti kosti dvojnásobnou. Dostatečně pevný je i srůst implantátu s kostní tkání. Vyrábějí se implantáty ve tvaru globulí, plátků, hranolků, popřípadě individuálně tvarované podle operovaného místa.

    Vlastnosti BAS-O jsme prokázali v experimentech in vitro a pokusy na laboratorních zvířatech. V roce 1990 byly na ortopedické klinice v Hradci Králové povoleny Státním úřadem pro kontrolu léčiv klinické zkoušky, během nichž jsme nezjistili, že by použitý materiál negativně ovlivňoval celkový stav pacientů. Operační rány se hojily bez známek zánětu a při rentgenologických kontrolách jsme během prvního pooperačního roku pozorovali postup vhojování do kostí. Kostní tkáň naléhala vždy přímo na povrch implantátu (nevytvářelo se vazivové pouzdro) a kostní trámce se s implantáty spojovaly. 1)

  • Porézní forma BAS-O (nebo hydroxyapatitu BAS-HA). Použili jsme ji k výplni defektů vzniklých v důsledku hnisavého zánětu kostí. Toto onemocnění se v chronické formě léčí velmi obtížně. Vedle celkové imunitní odpovědi organizmu se na úpornosti zánětu podílejí místní změny v postižené kosti. Je nutno přivést vysoce koncentrované antibiotikum doprostřed zánětu a zároveň vyplnit vzniklou dutinu. K tomu slouží nosiče antibiotik, 2) látky, z nichž se léčivo postupně uvolňuje a nosič se buď vstřebá, nebo se vhojí do kosti. Vhodným materiálem na nosiče je bioaktivní sklokeramika nebo keramika kalciumfosfátová.

    Hutný nebo porézní hydroxyapatit, který pod názvem BAS-HA vyrábí společnost Lasak Praha, 3) je vhodný jako výplň defektů v zubní chirurgii a k náhradě středoušních kůstek (obr. 5), popřípadě k rekonstrukční výplni zvukovodu. Dobře se hodí i na povlaky kovových implantátů, především na části endoprotéz velkých kloubů nebo na dlahy a hřeby pro zevní fixaci. Hydroxyapatitovým povlakem jsou chráněny i umělé náhrady zubních kořenů, které jsou vloženy do čelistních kostí a po vhojení se na ně upevní korunky (obr. 7).

    Problémem zatím může být tloušťka vrstvy hydroxyapatitu na implantátech, přesněji řečeno její soudržnost s kovem. Příliš tenká vrstva se může resorbovat, příliš silná se odlupuje (delaminace), ideální tloušťka je asi 50 m.

    Možnosti náhrad kostní tkáně sklokeramickými materiály se zlepšují. Určitou překážkou širšího využití je cena těchto výrobků, ale to je tím, že u nás dosud nebyl proveden ekonomický rozbor operačních výkonů používajících kostní štěpy. Například v USA, kde takovou kalkulaci mají, je cena bioaktivní keramiky relativně nízká. Očekáváme, že vývoj dalších materiálů na uvedené bázi brzy poskytne ještě výhodnější fyzikální a biologické vlastnosti.

Obrázky

Poznámky

1) Materiál je v současné době používán na řadě klinických pracovišť v naší republice, například na ortopedické i stomatologické klinice FN v Hradci Králové, ortopedické klinice v Praze-Motole, v Traumacentru v Liberci a Traumatologickém ústavu v Brně. BAS­O je využíván nejen k výplním defektů v dlouhých kostech a čelistech, ale též ke krytí defektů ve skeletu lebky nebo ke stabilizaci meziobratlových prostorů.
2) Testovali jsme gentamicin, neomycin a linkomycin samostatně i v kombinaci. Zjistili jsme uvolňování gentamicinu a linkomycinu ve dvou fázích. V první fázi (6–12 hodin) se uvolňuje většina antibiotika, v následném období je již množství malé, nicméně zjistitelné po dobu 8 týdnů. V další sérii pokusů jsme k systému přidávali fibrinové lepidlo Beriplast, čímž jsme první fázi prodloužili na 48 hodin. U nemocných se zánětem kosti jsme klinicky použili materiál BAS-O v kombinaci s neomycinem a linkomycinem.
3) Jsme rádi, že nám firma Lasak Praha umožňuje kontakt se špičkovými výrobky pro kostní chirurgii, které můžeme implantovat našim pacientům a zlepšit tak jejich zdravotní stav.

  • Vlastní kost. V ortopedické chirurgii se užívá nejvíce vlastní kost, vyňatá z míst, kde to nenaruší pevnost kostry (např. z lopaty kyčelní nebo z žeber). Výhodou tohoto druhu transplantace je rychlé napojení kostní tkáně na okolní cévy. I když část kostních buněk zákrok nepřežije, zbývající buňky jsou schopny novotvorby, a tím je umožněno zhojení. Odpadá nebezpečí přenosu infekce a nebezpečí imunitní reakce organizmu. Nevýhodou je, že lze odebrat jen omezené množství kosti a že je k tomu potřeba další operace.

  • Kost od jiného člověka. Používá se tam, kde je třeba transplantovat velké množství kostní tkáně. Štěpy ze zemřelých jsou sterilizovány a zmrazeny, čímž se poruší schopnost vyvolat novotvorbu kosti. Vhojení transplantátů trvá podstatně déle a přestavba povrchových vrstev dokonce několik let. Při transplantaci čerstvé kosti od jiného člověka jsou zachovány růstové faktory významné pro novotvorbu, cizorodá bílkovina však vyvolává imunitní odpověď hostitelského organizmu. Hlavní nebezpečí tkví v možnosti přenosu plísní, bakterií a virů. Proto se dnes štěpy od jiných osob zbavují proteinů a tukové tkáně - vlastně se přenáší minerální složka. Úplně chybějí kostní buňky a růstové faktory.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Náhrady orgánů

O autorech

Zdeněk Urban

Zdeněk Strnad

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné