Bioaktivní sklokeramika nahrazující kost

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

• 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.