Biomateriály v medicíně a stomatologii

Co je biomateriál a co je biokompatibilita?

V terminologii přijaté v literatuře je biomateriál neživý materiál určený k interakci s biologickým systémem v lékařském zařízení. Jeho klinická přijatelnost závisí na biokompatibilitě, tj. schopnosti vyvolat vhodnou, záměrně požadovanou reakci hostitele v dané aplikaci, tj. takovou, která umožňuje zamýšlený terapeutický účinek a nevytváří nepřijatelné riziko. Tyto definice, stanovené mimo jiné v pracích D.F. Williamse a v úvodních kapitolách monografií, se staly základním kamenem interdisciplinárního rozvoje tohoto oboru.
Biokompatibilita je vztah materiál–zařízení–pacient–aplikace; stejný materiál může být biokompatibilní v jednom produktu a problematický v jiném.

Historicky biomateriály zahrnovaly jak kovy používané v protetice (např. zlato v zubním lékařství), tak materiály jako sklo nebo dřevo v externích protézách. Současné chápání této disciplíny se vyvinulo souběžně s krystalizací vědecké komunity, sympozií a založením vědeckých společností; současně se formovala struktura odborné literatury a norem.

Systematika materiálů používaných v medicíně a stomatologii zahrnuje: kovy, polymery, hydrogely, bioresorbovatelné materiály, keramiku a sklokeramiku, přírodní materiály, kompozity, jakož i tenké vrstvy, povlaky a povrchové štěpy, textilie a funkční materiály (aktivně reagující na podněty). To je shrnuto v části I monografie a podrobné kapitoly pojednávají o charakteristikách, vlastnostech a aplikacích jednotlivých tříd.

V klinické praxi se materiál málokdy vyskytuje samostatně, ale tvoří zdravotnický prostředek se specifickou geometrií, drsností, čistotou a historií zpracování; například kapitoly v částech II a VII popisují cévní implantáty, elektrody, senzory, zubní a ortopedické implantáty a systémy pro podávání léků.

Kovy (např. oceli Cr–Ni–Mo, slitiny Co–Cr, slitiny titanu) zůstávají základem pro mechanicky zatížené implantáty (dlahy, šrouby, endoprotézy, komponenty chlopní). Mechanické vlastnosti, únavová životnost a odolnost proti korozi jsou prvořadé a jejich úroveň silně závisí na historii zpracování (od tavení přes plastické tváření až po tepelné zpracování) a mikrostruktuře.

Polymery (od termoplastů po elastomery a síťované pryskyřice) poskytují flexibilitu, nízkou hustotu, snadnou tvarovatelnost a schopnost modifikovat mikrostrukturu a funkci (např. hemokompatibilní povlaky, vodivé gely, membrány). Kapitoly o polymerech zdůrazňují význam molekulové hmotnosti (Mn, Mw), polydisperzity a taktičnosti pro mechanické a zpracovatelské vlastnosti. Z provozního hlediska jsou rozhodující skelný přechod (Tg), krystalické tání (Tm) a gumové plató, které jsou viditelné v testech DMA.

Keramika a sklokeramika, od oxidů (jako je oxid hlinitý a oxid zirkoničitý) po bioaktivní skla, jsou zásadní v aplikacích, kde je vyžadována vysoká tvrdost, chemická stabilita a bioaktivita, např. v restaurativní stomatologii a při opravách kostních defektů. Tyto materiály mohou vytvářet silnou, chemicky zprostředkovanou vazbu s tkání (bioaktivita), což je podrobně popsáno v kurzu „biokeramika“.

Přírodní materiály (kolagen, elastin, polysacharidy) získávají na významu v tkáňovém inženýrství díky své podobnosti s extracelulární matricí a svému potenciálu podporovat regeneraci (např. kožní nebo nervové nosné struktury).

Výběr materiálu souvisí s anatomickou polohou a namáháním: srdeční chlopně vyžadují odolnost proti únavě a srážení krve; endoprotézy kyčle vyžadují vysokou pevnost a vhodné třecí páry; zubní implantáty vyžadují biointegraci a biologickou těsnost průchodu měkké tkáně. Kapitola VII obsahuje podrobný popis těchto požadavků pro konkrétní typy výrobků.