Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 2

UHMWPE – это линейный полиэтилен с молекулярной массой обычно от 2 до 6 миллионов. Прочность на излом, низкий коэффициент трения, высокая ударная вязкость и низкая плотность сделали UHMWPE популярным выбором в качестве суставных поверхностей для замены суставов, таких как бедро, колено, лодыжка и плечо. Хотя UHMWPE обладает многочисленными привлекательными объемными и поверхностными свойствами, эти свойства могут быть скомпрометированы присутствием в массе долговременных радикалов, возникающих в результате ионизирующего излучения, используемого в процессе стерилизации. Эти радикалы могут взаимодействовать с кислородом, приводя к образованию кислородсодержащих функциональных групп и ухудшению поверхностных и объемных свойств, особенно скорости образования частиц в процессе износа. Избыточное образование было связано с воспалительной реакцией в тканях, прилегающих к имплантату. Этот неблагоприятный тканевый отклик приводит к гранулематозным поражениям, остеолизу, резорбции кости и отказу имплантата. В попытке преодолеть окисление в настоящее время используется ряд добавок, таких как антиоксидант токоферол и витамин С, для замедления окисления и улучшения свойств поверхности.

СВМПЭ считается слабым звеном при полной замене соединения из-за проблемы износа. Для повышения износостойкости был произведен сверхсшитый СВМПЭ, который используется для замены соединений. Сшивание достигается путем облучения UHMWPE электронным пучком или гамма-облучением с последующей стадией плавления для удаления свободных радикалов, образующихся во время облучения. В настоящее время ведутся дискуссии о сшивке и клинических характеристиках СВМПЭ. Сторонники использования материала представили доказательства эффективности высокосшитого UHMWPE в снижении износа при тотальном артропластике сустава и связанном с ним перипротезном остеолизе. «Оппозиционеры» же заявляют, что улучшение износостойкости за счет сшивания происходит за счет снижения статических механических свойств, таких как предел прочности на растяжение и предел текучести, а также сопротивление распространению усталостных деформаций, что может повлиять на долговечность имплантата, особенно при полной артропластике коленного сустава. Полные данные о конечных долгосрочных характеристиках сверхсшитого СВМПЭ помогут разрешить научные дебаты.

Чтобы улучшить фиксацию ПММА, возможная стратегия состоит в том, чтобы избежать разрушения цемента за счет увеличения механической прочности цемента. Исследователи разработали костный цемент с более высокой прочностью сцепления и модулем сжатия, чем обычный ПММА, с использованием смолы на основе бисфенол-А-глицидилдиметакрилата (Бис-ГМА), пропитанной биоактивной стеклокерамикой. Другой подход использует преимущества композитов за счет усиления ПММА гидроксиапатитом (ГА) и биоактивным стеклом, которое сочетает прочность и эластичность с биоактивностью. Другой акрилатный костный цемент основан на мономере полиэтилметакрилата (PEMA) и н-бутилметакрилата (n-BMA). По сравнению с цементом из ПММА, во время полимеризации ПЭМА-н-БМА выделяется меньше тепла, а полимер имеет относительно низкий модуль упругости и высокую пластичность, что снижает проблему разрушения. Биосовместимость цемента PEMA-n-BMA отличная, но оказалось, что эти костные цементы подвержены ползучести. Для улучшения сопротивления ползучести были включены биоактивные частицы ГА. Хотя биологическая активность и ползучесть цемента улучшилась, он разрушался при меньшем количестве циклов.

Натуральные полимеры находят все более широкое применение в области замещения костной ткани и увеличения твердых тканей. В идеале материалы, используемые для этой цели, должны быть биосовместимы, способны имитировать трехмерные характеристики, физическую и механическую природу кости и твердой ткани, способны поддерживать соответствующие клеточные функции и могут постепенно заменяться регенерирующей новой тканью. Было использовано множество природных полимеров, включая коллаген, полисахариды, такие как хитозан, альгинат, крахмал и целлюлоза, а также гликозаминогликаны, такие как гиалуроновая кислота. Некоторые из природных полимеров могут обеспечить основу для биомиметического образования нужных материалов. Недавние исследования выявили формирование и характеристики бактериальных композитов целлюлоза / гидроксиапатит с потенциалом замещения костной ткани. Для формирования композита использовалась как разлагаемая, так и неразлагаемая бактериальная целлюлоза. Гидроксиапатит, присутствующий в композите, имеет упорядоченные игольчатые частицы нанометрового размера с нестехиометрическим составом, аналогичным тому, который наблюдается в костях человека. Сочетание биоактивности и биосовместимости подтверждает потенциал этого композита для ортопедического применения.