Sun'iy suyak

Sunʼiy suyak laboratoriyada yaratilgan suyakka oʻxshash materialga tegishli boʻlib, u ogʻir sinishlar, kasallik va hokazolar tufayli yoʻqolgan inson suyagi oʻrnini bosish uchun suyak payvandlarida ishlatilishi mumkin.

Suyakning toʻliq yoki qisman sinishi boʻlgan suyak sinishi juda keng tarqalgan holat boʻlib, har yili AQShda uch milliondan ortiq holatlar mavjud. Inson suyaklari suyak rezorbsiyasi va suyak shakllanishi sikli orqali oʻzini qayta tiklash qobiliyatiga ega. Suyak rezorbsiyasi uchun mas’ul boʻlgan hujayra osteoklast, suyak shakllanishi uchun mas’ul boʻlgan hujayra esa osteoblastdir. Aytgancha, inson tanasi singan suyakni qayta tiklashi mumkin. Ammo, agar suyakning shikastlanishi kasallik yoki ogʻir shikastlanish tufayli yuzaga kelsa, tananing oʻzini tiklashi qiyinlashadi. Inson tanasi yoʻqolgan suyak toʻqimasini qayta tiklashga qodir boʻlmaganda, jarrohlar kelib, avtogreftlar, allogreftlar va sintetik greftlar (sunʼiy suyak) yordamida etishmayotgan suyakni almashtiradilar. Sunʼiy suyakni avtogreft va allogreft bilan solishtirganda, u kamroq invaziv va koʻproq biologik mos keladi, chunki u nomaʼlum virusli infeksiyalar xavfini oldini oladi.

Implantatsiya qilingan biomateriallarni loyihalashda asosiy mezonlar biomoslik, osteokonduktivlik, yuqori porozlik va biomexanik muvofiqlik hisoblanadi. Sunʼiy suyak dastlab metall va qattiq keramika kabi materiallardan yasalgan boʻlib, ular suyakdagi yukni ushlab turish uchun etarlicha kuchli. Biroq, bu materiallarning qattiqligi bemorlarga katta yuk olib keldi va biomateriallarni implantatsiya qilish mezonlariga mos kelmadi. Metall va keramikadan yasalgan sunʼiy suyaklar biologik moslik nuqtai nazaridan yomon ishlaydi, chunki suyak toʻqimalariga aralashish qiyin. Shunday qilib, muhtojlarga yanada farovon hayot kechirishga yordam berish uchun muhandislar yaxshi sunʼiy suyak tuzilishi va materiallarini ishlab chiqarish va loyihalash uchun yangi usullarni ishlab chiqdilar.

Suyakning ikkita asosiy komponenti gidroksiapatit [Ca10 (PO4)6 (OH)2] va kollagen tolalaridir. Kaltsiy fosfatning eng barqaror shakllaridan biri boʻlgan gidroksiapatit suyakning 60-65 foizini tashkil qiladi. Suyakning qolgan qismi xondroitin sulfat, keratan sulfat va lipidni oʻz ichiga olgan materiallardan iborat. Kollagen va gidroksiapatitning tuzilishi, xossalari tuzilishi boʻyicha tadqiqotlar va bilimlarning ortishi suyak toʻqimalari muhandisligida kollagen asosidagi iskalalarda koʻplab ishlanmalarga olib keldi. Gidroksiapatitning tuzilishi asl suyakka juda oʻxshaydi va kollagen molekulyar kabellar sifatida harakat qilishi va implantning biomosligini yanada yaxshilashi mumkin.

Umumiy koʻrinish

Suyak shikastlanishining demografiyasi 
Qoʻshma Shtatlarda har yili 6,5 milliondan ortiq suyak nuqsonlari va 3 milliondan ortiq yuz jarohati holatlari qayd etilgan. Dunyo boʻylab yiliga 2,2 milliondan ortiq suyak transplantatsiyasi protseduralari amalga oshiriladi. Suyak transplantatsiyasining keng tarqalgan sabablari oʻsma rezeksiyasi, konjenital malformatsiya, travma, sinish, jarrohlik, osteoporoz va artritdir. Milliy Ambulator Tibbiyot Soʻrovi (NAMCS) maʼlumotlariga koʻra, 2010-yilda AQShda ortopedik jarrohlik boʻlimiga taxminan 63 million tashrif buyurilgan va 6,5 million suyak sinishi yoki nuqsoni holatlari orasida AQShda shoshilinch tibbiy yordam boʻlimida sinish boʻyicha 3,5 millionga yaqin tashriflar boʻlgan. taxminan 887 679 kishi kasalxonaga yotqizilgan.

Suyaklarni payvandlashning hozirgi sohalari (suyak turlari, kompozitlar) 
Suyaklarni payvandlashda material turlari boʻyicha tadqiqotlar anʼanaviy ravishda organik polisakkaridlar (xitin, xitozan, alginat) va minerallar (gidroksiapatit) kompozitlarini ishlab chiqarishga qaratilgan. Oʻzaro bogʻlangan kaltsiy ionlaridan tashkil topgan alginat iskala teri, jigar va suyaklarni qayta tiklashda faol ravishda oʻrganilmoqda. Alginatning iskala qilish qobiliyati va uni yangi polisakkaridga aylantiradi. Koʻpgina minerallar suyak tarkibiga moslashtirilishi mumkin boʻlsa ham, gidroksiapatit dominant material boʻlib qolmoqda, chunki uning kuchi va inson suyagining taniqli Jager-Fratzl modeli oraliq va ishlab chiqarish uchun oldindan mavjud boʻlgan asosni taʼminlaydi.

Materiallar turlari 

Sunʼiy suyaklarda foydalanish uchun mos materiallar biomoslashuvchan, osteokonduktiv va mexanik jihatdan mustahkam boʻlishi kerak. Gidroksiapatit koʻpincha sunʼiy suyak tadqiqotlarida qoʻllaniladi, chunki u samarali, uzoq muddatli suyak implantatsiyasi uchun zarur boʻlgan biomoslashuv va osteokondüktiviteye ega, lekin juda moʻrt va bundan keyin yiliga taxminan 10 wt% eritma tezligini namoyish etadi. yangi hosil boʻlgan suyakning oʻsish tezligidan sezilarli darajada sekinroq, bu uning erish tezligini oshirish uchun choralar koʻrishni talab qiladi. Yuqori chidamliligi va Young moduli tufayli nanostrukturali sunʼiy nacre yaxshi qattiqlikka ega boʻlgan materialni talab qiladigan ilovalar uchun ishlatilishi mumkin. Koʻpgina hollarda, bitta turdagi materialdan foydalanish sunʼiy suyak implantatsiyasining imkoniyatlarini cheklaydi, shuning uchun kompozitlar qoʻllaniladi. Xitozan va gidroksiapatitdan tashkil topgan implantlar xitosanning bio-mosligi va uning murakkab gʻovakli shakllarga boʻlinish qobiliyatidan hamda gidroksiapatitning osteo oʻtkazuvchanligidan foydalanib, har uchala xususiyatga ega kompozitsion hosil qiladi. Sunʼiy suyaklarda foydalanish uchun mos boʻlgan boshqa kompozitsiyalar — bu alginatdan foydalanadigan, iskala hosil qiluvchi xususiyatlari bilan mashhur biopolimer. Kompozitlarda alginatdan foydalanish suyak toʻqimasini tiklash uchun xitozan kompozitlarini, nuqsonli yoki kasal suyaklarni tiklash yoki almashtirish uchun bioglass kompozitlarini yoki suyak regeneratsiyasi uchun keramik-kollagen kompozitlarni oʻz ichiga oladi. Sunʼiy suyak implantida ishlatiladigan material oxir-oqibatda yaratilgan implant turiga va undan foydalanishga bogʻliq.

Sunʼiy suyaklarni 3D bosib chiqarish 
3D bosib chiqarish sunʼiy suyaklarni ishlab chiqarishning samarali usuliga aylanmoqda. Birinchidan, bemordan olingan CAT skanerlash tasvirlarini qayta tiklash orqali suyak modeli yaratiladi. Keyin sunʼiy suyak materiallari 3D bosib chiqarish uchun „filament“ sifatida ishlatiladi. Rezolyutsiya greftlariga koʻra, 3D suyak modeli baʼzi qatlamlarga boʻlinadi. Printer bir qatlamni chop etar, soʻngra oxirgi qavatni bosib chiqaradi va nihoyat sunʼiy suyak hosil qiladi. Yaqinda oʻtkazilgan tadqiqotlarning aksariyati gidroksiapatit (HA) nanokristallari 3D bosilgan sunʼiy suyaklar uchun ideal material ekanligini koʻrsatadi. HA nanokristallari mos ravishda fosfor va kaltsiy prekursorlari sifatida diammoniy fosfat va kaltsiy xlorid yordamida nam sintez orqali sintezlanadi. Bundan tashqari, polikaprolakton (PCL) baʼzi tadqiqot hisobotlarida sunʼiy suyakni ishlab chiqarish uchun 3D bosib chiqarish uchun ham ishlatilishi mumkin. Shikastlangan suyaklarni tiklash bilan solishtirganda, 3D bosib chiqarish texnikasi moslashtirilgan tuzatish ehtiyojlariga javob beradigan implantlarni ishlab chiqarishi mumkin. Boshqa tomondan, 3D bosib chiqarish usullari bemorlarga ozgina salbiy taʼsir koʻrsatadigan implantlarni ishlab chiqaradi. Limfotsitlar va eritrotsitlar kabi turli tasnifdagi xost hujayralari sunʼiy greftlarga minimal immunologik javob beradi.

Afzalliklar

Materialning xususiyatlari 
Samarali suyak oʻrnini bosuvchi materiallar etarli bioaktivlik bilan birga yaxshi mexanik kuchga ega boʻlishi kerak. Koʻpincha eritish tezligi va in-vivo implant yuzasida mineral qatlam hosil boʻlishi nuqtai nazaridan oʻlchanadigan bioaktivlikni biomateriallarda, xususan gidroksiapatitda, doping yordamida tarkibi va tuzilishini oʻzgartirish orqali oshirish mumkin. Hidroksiaptatit tizimlariga alternativa sifatida, xitosan kompozitlari sunʼiy suyak uchun foydalanish uchun bitta material sifatida yaxshilab oʻrganilgan. Chitosan oʻz-oʻzidan osonlikcha murakkab shakllarga oʻzgartirilishi mumkin, ular gözenekli tuzilmalarni oʻz ichiga oladi, bu uni hujayra oʻsishi va osteokonduktsiya uchun mos qiladi. Bundan tashqari, xitosan iskalalari biologik mos va biologik parchalanishi mumkin, ammo past pishiqlikka ega va materialning oʻzi osteokonduktiv emas. Boshqa tomondan, gidroksiapatit mukammal biologik muvofiqlikka ega, ammo uning moʻrt tabiati toʻsqinlik qiladi. Gidroksiapatit bilan kompozitsion sifatida qoʻllanilganda, qattiqlik va osteokonduktivlik sezilarli darajada yaxshilanadi, bu kompozitsiyani sunʼiy suyak uchun material uchun mos variantga aylantiradi.Xitozan shuningdek, Young moduli yuqori (1,0-1,8 TPa), valentlik mustahkamligi (30-200 GPa), uzilish choʻzilishi (10-30 %) va tomonlar nisbati (>1000) boʻlgan uglerod nanotubalari bilan ham qoʻllanilishi mumkin. Uglerod nanotubalari oʻlchami jihatidan juda kichik, kimyoviy va strukturaviy jihatdan barqaror, biologik faoldir. Uglerod nanotubalari va xitozan tomonidan hosil qilingan kompozitsion xitosanning qattiqligini sezilarli darajada yaxshilaydi. Nanostrukturali sunʼiy nacre — sunʼiy suyakni yaratishning yana bir variantidir. Tabiiy nacre gʻisht va ohakga oʻxshash organik va noorganik qatlamlarning tuzilishidan iborat. Bu mahkam oʻralgan molekulalarning ionli oʻzaro bogʻlanishi bilan birga nacre yuqori kuch va mustahkamlikka ega boʻlishiga imkon beradi. Ion bogʻlanishlarining tuzilishi va taʼsirini taqlid qiluvchi sunʼiy svetofor tabiiy nayga oʻxshash kuchlanish kuchiga va qatlamli suyakka oʻxshash Yang moduliga ega edi. Mexanik nuqtai nazardan, bu material sunʼiy suyak uchun mos variant boʻladi.

Dizaynni hisobga olish

Klinik natijalar 
Bemorga dizaynni amalga oshirishdan oldin har qanday sunʼiy suyak dizaynining bir nechta jihatlarini hisobga olish kerak. Qabul qiluvchining suyagini mahkamlanmagan holda qoldirish kabi hodisalar tufayli bemorning ichiga notoʻgʻri mos keladigan sunʼiy suyak implantlari qabul qiluvchi mintaqada qizarish va shish paydo boʻlishiga olib kelishi mumkin. Notoʻgʻri oʻrnatilgan implantlar sinterlash natijasida ham paydo boʻlishi mumkin, bu esa implantning 27 % gacha oʻlchamli qisqarishiga olib kelishi mumkin. Osteo oʻtkazuvchanlik sunʼiy suyak dizayni uchun yana bir muhim eʼtibordir. Sinterlangan materiallar maʼlum sunʼiy suyaklardagi kaltsiy fosfatning kristalliligini oshiradi, bu osteoklastlar tomonidan yomon rezorbsiyaga va biologik parchalanishning buzilishiga olib keladi. Bir tadqiqot gidroksiapatitga aylanadigan va sinterlashdan foydalanmasdan implantni mustahkamlovchi material boʻlgan a-trikalsiy fosfat (TCP) dan foydalangan holda siyohli bosma, buyurtma asosida tayyorlangan sunʼiy suyaklarni yaratish orqali buning oldini oldi. Bundan tashqari, a-TCP biologik mos keladi va yangi suyak shakllanishiga yordam beradi, bu esa uzoq muddatda bemorlar uchun yaxshiroqdir. Sunʼiy suyak konstruktsiyalari autolog va allojenik suyak implantlari bilan solishtirganda hayotiy yechim boʻlishi uchun biologik mos boʻlishi, osteokonduktivlikka ega boʻlishi va bemorning ichida uzoq vaqt davom etishi kerak.

Qiyinchiliklar

Yuzaki xususiyatlar 
Sunʼiy greftlar taqqoslanadigan bosim kuchini saqlab turadi, lekin baʼzida lateral yoki ishqalanish kuchlariga javoban inson suyagiga oʻxshashlik yoʻq. Xususan, sunʼiy suyakning topografiyasi uning tabiiy hamkasbiga nisbatan notoʻgʻri. Grant va boshqalarda eritilgan choʻkma orqali ishlab chiqarilgan sunʼiy suyak greftlari haqiqiy suyakka nisbatan oʻrtacha 20 % kamroq ishqalanish koeffitsientiga ega edi. Kompyuter tomografiyasi va keyingi suyak modellari ichki tarkib uchun haqiqiy suyakning yuqori koʻrsatkichi boʻlsa-da, yakuniy mahsulot printerning oʻlchamlariga tayanadi. Printerning nuqsonlari yuzaga kelgan hollarda, eng koʻp muammo — tasodifiy boʻshliqlar tufayli bosim kuchining pasayishi. Implantatsiyadan soʻng, bemorlarning yoshi oshgani sayin hujayra proliferatsiyasi va differentsiatsiyasining pasayishi aniq. Bu greftlarning integratsiyasini uzaytiradi va suyak toʻqimalarining shakllanishiga toʻsqinlik qiladi. Hayvon modellarida allogreftlarning kiritilishi teratoma shakllanishiga olib keladi. Ushbu hodisaning ehtimoli sezilarli darajada oshadimi yoki yoʻqmi, buni koʻrish kerak. Shunday qilib, tananing ramkasini taqlid qilish uchun boshqa biologik vositalar bilan iskala zarur. Suyakning organik massasining muhim qismini tashkil etuvchi I turdagi kollagen tez-tez ishlatiladigan iskala agenti hisoblanadi. Shu bilan bir qatorda, polimer xitozan oʻxshash biologik javobga ega, yaʼni in vivo osteogenezni ragʻbatlantirish.

Ishlab chiqarish cheklovlari 
Koʻproq zamonaviy ishlab chiqarish texnikasi inkjet bosib chiqarishni oʻz ichiga oladi. Bir tadqiqotda 3D inkjet printer 10 nafar bemorning pastki jagʻiga avtotransplantatsiya qilingan implantlar ishlab chiqardi. Gidroksiapatit implantasi hidratsiyadan keyin qotib qolgan trikalsiy fosfat kukunidan ishlab chiqarilgan. Jarrohlik muolajasi ham estetik, ham funksiya uchun oʻtkazildi. Barcha bemorlar suyak mahsulotidan qoniqishlarini koʻrsatdilar. Replikatsiya qilingan echki femurlarini oʻrgangan boshqa bir tadqiqotda gidroksiapatit nanokristallari 3D printerni yuklashdan oldin ishlab chiqarilgan va aralashgan. Tadqiqot femurlarning bosim kuchining biroz pasayishini taʼkidladi, bu nomukammal bosma va suyak suyaklarining nisbati oshishi bilan bogʻliq boʻlishi mumkin. Umuman olganda, 3D bosib chiqarish texnikasi bemorlarga bir nechta salbiy taʼsir koʻrsatadigan implantlarni ishlab chiqaradi. Limfotsitlar va eritrotsitlar kabi turli tasnifdagi xost hujayralari sunʼiy greftlarga minimal immunologik javob koʻrsatdi. Faqat notoʻgʻri sterilizatsiya yoki infeksiyaga oldingi moyillik boʻlsa, har qanday muhim asoratlar yuzaga keldi. Chop etish tezligi sunʼiy suyak ishlab chiqarishda tezlikni cheklovchi asosiy qadamdir. Suyak implantining turiga qarab, chop etish vaqti bir soatdan bir necha soatgacha boʻlishi mumkin. Printerlar yuqori aniqlikdagi greftlarni ishlab chiqarar ekan, chop etish muddati mutanosib ravishda oshadi.

Biologik javob 
Sunʼiy suyak materiallari boʻyicha olib borilgan tadqiqotlar shuni koʻrsatdiki, biologik faol va rezorbsiyalanuvchi silikat oynalar (bioglass), shisha-keramika va kaltsiy fosfatlar inson suyagiga oʻxshash mexanik xususiyatlarni namoyish etadi. Shunga oʻxshash mexanik xususiyatlar biologik muvofiqlikni taʼminlamaydi. Tananing ushbu materiallarga biologik reaksiyasi kimyoviy tarkibi, topografiyasi, gʻovakligi va don hajmi kabi koʻplab parametrlarga bogʻliq. Agar material metall boʻlsa, korroziya va infeksiya xavfi mavjud. Agar material keramika boʻlsa, kerakli shaklni hosil qilish qiyin va suyak yuqori kristalliligi tufayli uni qayta singdira olmaydi yoki almashtira olmaydi. Boshqa tomondan, gidroksiapatit osteogenez hujayralarining yopishishi, differentsiatsiyasi va proliferatsiyasini qoʻllab-quvvatlashda ajoyib xususiyatlarni koʻrsatdi, chunki u termodinamik jihatdan barqaror va bioaktivdir. Gidroksiapatitdan foydalanadigan sunʼiy suyaklar kollagen toʻqimalari bilan birikadi, teshiklarda yangi suyaklar hosil boʻlishiga yordam beradi va qoʻshni suyak toʻqimalari bilan bir xillikni saqlab, biologik toʻqimalarga kuchli yaqinlikka ega. Suyak toʻqimasi bilan oʻzaro taʼsir qilishda mukammal ishlashiga qaramay, gidroksiapatit yuqori kristalliligi tufayli reabsorbtsiyada keramika bilan bir xil muammoga ega. Gidroksiapatit yuqori haroratda qayta ishlanganligi sababli, uning barqaror holatda qolishi ehtimoldan yiroq emas.

Maʼlumotnomalar 

Pages with unreviewed translations