Биоразградими полимери в ортопедията

Предимства на биоразградимите полимери

Не е необходима втора хирургическа интервенция за отстраняване на импланта;

По-устойчиво заздравяване на фрактури;

Огромен потенциал за доставяне на лекарства – като самостоятелни системи за доставка на лекарства или успоредно с ортопедичното средство

Основни критерии при избор на биоматериали

Добри физико-механични свойства;

Подходящо време на разграждане;

Липса на токсичност

Няма остатъчни вещества след разграждането;

Лесна преработка

Достатъчно дълго време на живот

Лесна стерилизация

Синтез на биоразградими полимери

Основни фактори на синтеза, които влияят върху физико-механичните характеристики на полимерите:

Избор на мономер;

Избор на инициатор;

Условия на синтеза;

Наличие на допълнителни химикали

Синтез на биоразградими полимери

Най-често свойството биоразградимост е свързано с наличието на химични връзки в главната верига, който са нестабилни по отношение на хидролиза – естери, анхидриди, ортоестери, амиди.

естерестер анхидриданхидридамидамидортоестерортоестер

PGA – синтез и свойства

Полигликоли (полигликолова киселина) – PGA

Степен на кристалност 45-55%;

Температура на разстъкляване 35-40°С;

Температура на топене 220-225°С.

PGA – синтез и свойства

Здравина

Високи стойности на модулите на еластичност – 12.5 GPa

Разградимост:

За две седмици губи 50% от здравината си;

За четири седмици губи 100% от здравината си;

На пълно абсорбируема за четири-шест месеца.

Полимлечна киселина (PLA) – синтез и свойства

Получава се от възстановими източници - церевично нишесте (в САЩ) или захарна тръстика (в останалите части на света);

Полимери от възстановими източници

Полимлечна киселина (PLA) – синтез и свойства

Декстроза

Млечна

киселина

Ферментация

предполимер

Лактиден

мономер

дест

ил

аци

я

Полимеризация

Полимлечна киселина

Царевица

нагряване

мезо-DL-лактид

поли-L-лактид

поли-D-лактид

Полимлечна киселина (PLA) – синтез и свойства

Поли-L-млечна киселина (PLLA)

Степен на кристалност 37%;

Температура на разстъкляване 60-65°С;

Температура на топене 175-178°С.

Време на пълно абсорбиране – 2 години.

Поли-DL-млечна киселина (PDLLA)

Аморфен материал;

Време на абсорбиране – 90 дни!

Полимлечна киселина (PLA) – синтез и свойства

Полимлечна киселина (PLA) – синтез и свойства

Полимлечна киселина (PLA) – синтез и свойства

Поли(-капролактон) (PCL) - синтез и свойства

Температура на разстъкляване -60°С;

Температура на топене 59-64°С.

Време на пълно абсорбиране – 2 години.

Полилактид-ко-гликолид (PLG) - синтез и свойства

Полианхидриди – синтез и свойства

Хидрофобни материали, при които се наблюдава ерозия на повърхността

Времето на разграждане може да варира от дни до години в зависимост от хидрофобните свойства

Полиортоестери – синтез и свойства

Хидрофобни материали с хидролитични връзки, чувствителни към киселини и стабилни в основно рН;

Разграждането се извършва чрез повърхносна ерозия;Времето на разграждане варира в зависимост от

състава.

Опаковане на ортопедичните приспособления

В какво се състои проблемът?Тъй като полимерите са хидролитично нестабилни и хигроскопични, наличието на влага може да доведе до разграждане по време на преработката на полимера и съхранението на крайния продукт.

Опаковане на ортопедичните приспособления

Какво е решението:Готовите изделия трябва да се съхраняват в двойни торби в инертна атмосфера или вакуум;Материалът на опаковката може да бъде пластмаса, но с много добра резистентност към влага;Опакованите продукти се съхраняват във фризер за да се минимизира ефектът на влагата;Продуктът трябва да бъде разопакован при стайна температура непосредствено преди използването му;За намаляване на влагата могат да се използват дисиканти.

Стерилизацията не може да се осъществи чрез автоклави или сухо нагряване поради деструкция;

Стерилизация чрез:• Гама-радиация – деградация на полимерната верига

при доза, по-голяма от 2Mrad (полигликолид, полилактид и полидиоксанон)

• Етилен оксид – силно токсичен, риск от замърсяване на приспособлението

• Ецване в плазма

• Облъчване с електронен снопТемпература на стерилизиране – по-ниска от

температурата на разстъкляване

Стерилизиране на ортопедичните приспособления

Разграждане

Два етапа на разграждане при частично кристалните полимери:

1)Водата навлиза в обема на полимера, като преобладаващо атакува химичните връзки в аморфната фаза и трансформира дългите полимерни вериги в по-къси водо-разтворими сегменти; намаляване на молекулната маса без влошаване на механичните характеистики.

2)Ензимна „атака“ върху сегментите и намаляване на масата на полимера.

Разграждане

Биосъвместимост

Биосъвместимост:Имплантът няма да предизвика възпалителна или токсична реакция;Продуктите от разграждането трябва да метаболизират в организма без да оставят следа.

Биосъвместимост на PLA

Полимлечната киселина хидролизира до млечна киселина, който е естествен продукт, освобождаващ се в организма при съкращаване на мускулите;

Млечната киселина метаболизира чрез цикъл на трикарбоксилова киселина и се изхвърля от организма като въглероден диоксид и вода.

Биосъвместимост на PGA

Полигликолитът чрез хидролиза и естераза се разгражда до млечна гликолова киселина;

Гликоловата киселина може да бъде директно изхвърлена чрез урината или може да реагира и да образува глицин.