Aktuální číslo:

2018/7

Téma měsíce:

Co kdyby…

„Nano“ v biomateriálech pro regeneraci kostní tkáně

 |  8. 10. 2010
 |  Vesmír 89, 586, 2010/10

Materiálový výzkum získal nový impuls poznáním možností vyplývajících ze specifických vlastností materiálů v jejich submikronové formě – nanočástic a nanovláken. Díky velkému poměru povrchu a objemu mohou mít tyto nanomateriály nové vlastnosti a výhodnější použití např. také jako biomateriály. Pokud se tyto nanomateriály používají v kompozitech (skládají se alespoň ze dvou složek), jde o nanokompozity.

Kost je příkladem přírodního nanokompozitu. Obsahuje 60 hmotnostních % anorganické fáze na bázi kalcium fosfátu, 20 hmotnostních % kolagenu, 9 hmotnostních % vody, dále nekolagenní bílkoviny, sacharidy, lipidy a v neposlední řadě kostní buňky (osteoblasty), které produkují mezibuněčnou hmotu. Krystaly kalcium fosfátu jsou vázány na kolagenní vlákna.

Zatímco v minulosti se využívaly převážně kovy a jejich slitiny (viz schéma), v současné době jsou pro kostní implantáty užívány materiály v podobě trojrozměrných (3D) sítí či porézních materiálů, jejichž přípravou se zabýváme v ÚSMH. Před plánovanou operací mohou být tyto implantáty kolonizovány vlastními buňkami pacienta, odebranými biopticky a namnoženými v podmínkách buněčné kultury. Mohou být užity i kmenové buňky kostní dřeně, u nichž lze navodit diferenciaci v osteoblasty nejen humorálními faktory v kultivačním médiu, ale i fyzikálně-chemickou povahou materiálu implantátu.2) Vlastní porézní rámec nanokompozitu je možné připravit z biokompatibilních (schopných přijetí živou tkání) a biodegradovatelných (jsou postupně odbourávány v organismu) polymerů (jako jsou např. kolagen, želatina, kyselina polymléčná, makroporézní hydrogely), doplněných nanovlákny (např. na bázi kolagenu) a nanočásticemi na bázi kalcium fosfátu. Dalším důležitým požadavkem je, aby byl materiál bioaktivní, tzn., aby navozoval a reguloval specifické reakce buněk. Nanostrukturou materiálu lze dosáhnout aktivnější adheze, růstu i diferenciace osteoblastů a preferenční adheze těchto buněk před jinými buněčnými typy.4-7)

Nanokompozity pro kostní implantace je možné připravovat konvenčně mícháním nebo směšováním jednotlivých komponent a pomocí dalších technik jako např. napěňováním, vymražováním, či použitím pevného porogenu vytvořit trojrozměrnou strukturu implantátu. V současné době se dostávají do popředí zájmu implantáty biomimetické. Slovo „biomimetický“ je odvozeno z řeckých slov „bios“ znamenající „život a „mimesis“ – „imitace“.3) Tyto implantáty tedy napodobují skutečný biologický systém ať už složením, strukturou nebo procesem, kterým byl připraven. Například minerální fáze není do nanokompozitů vmíchávána, ale je vyprecipitována přímo na povrchu kolagenových fibril.

V ideálním případě by materiál měl být pouze dočasným degradabilním nosičem, s postačujícími mechanickými vlastnostmi pro počátečné osídlení matrice buňkami do momentu, než buňky začnou produkovat vlastní nosnou funkční mezibuněčnou hmotu a dojde k přestavbě poškozené kostní tkáně. U degradabilních materiálů pak lze očekávat jejich úplné nahrazení regenerovanou a funkční kostní tkání.4,5)

Vychází s podporou Ústavu struktury a mechaniky hornin AV ČR, v. v. i., www.irsm.cas.cz.

Poznámky

1) Murugan R., Ramakrishna S., Compos. Sci. Technol. 65, 2385–2406, 2005.

2) Engler A. J., Sen S., Sweeney H. L., Discher D. E., Cell 126, 677–689, 2006.

3) Green D., Walsh D., Mann S., Oreffo R. O. C., Bone 30, 810–815, 2002.

4) Wei G., Ma P. X., Biomaterials 25, 4749–4757, 2004.

5) Woo K. M., Chen V. J., Ma P. X., J. Biomed. Mater. Res. 67A, 531–537, 2003.

6) Balasundaram G., Sato M., Webster T. J., Biomaterials 27, 2798–2805, 2006.

7) Evis Z., Sato M., Webster T. J., J. Biomed. Mater. Res. A 78, 500–507, 2006.

Ke stažení

RUBRIKA: Glosy

O autorovi

Monika Šupová

Ing. Monika Šupová, Ph.D., (*1973) vystudovala chemické a fyzikální metody zkoušení materiálů na Vysoké škole báňské – Technické univerzitě Ostrava, její dizertační práce se týkala struktury a stability frikčních kompozitů. V oddělení kompozitních a uhlíkových materiálů Ústavu struktury a mechaniky hornin, v. v. i., se zabývá přípravou biokompozitních materiálů pro regeneraci kostní tkáně.

Doporučujeme

Člověk páchne *alkoholem

Člověk páchne *alkoholem audio

Jaroslav Petr  |  5. 8. 2018
Že pach lidského těla „vyrábějí“ bakterie, se ví už relativně dlouho. Některé mechanismy tohoto procesu jsou ale dosud stále tajemstvím. Britští...
Do světa a zase zpět

Do světa a zase zpět

Eva Bobůrková  |  31. 7. 2018
Mladý lékař Karel Kieslich o sobě říká: „Splňuji archetyp českého Honzy“. Studuje totiž na University College v Londýně, chtěl by ve světě...
Zahalená Venuše

Zahalená Venuše uzamčeno

Jan Veselý  |  16. 7. 2018
Snímky pořízené ve viditelném a infračerveném oboru kamerou VIRTIS sondy Venus Express zachycují pozoruhodná oblaka v nejvyšších vrstvách...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

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

 

Objednat předplatné