Классификация биоматериалов. 
Материалы, использующиеся в медицине

По способу происхождения биоматериалы делятся на материалы природного и синтетического происхождения, предназначенные для контакта со средой живого организма и используемые для изготовления медицинских изделий и устройств. Из биоматериалов могут быть сформированы пленки, губки, гели, микросферы и другие формы, которые удобны для использования в конкретном случае их клинического применения.

Также биоматериалы можно классифицировать по способу использования, которых достигается тот или иной эффект на трансплантаты и имплантаты.

Трансплантаты — природный биоматериал, используется при пересадке органов. Если натуральный трансплантат приживается, то поврежденный орган, нуждающийся в помощи, полностью восстанавливает свои жизненные функции. При этом типе биоматериалов возникает проблема не совместимости и вследствие этого, отторжение трансплантируемого органа. Так же не маловажной проблемой является нехватка биоматериала необходимого для трансплантации.

Имплантаты — искусственно созданные полимерные, керамические и многие другие биоматериалы. Данный тип материала может быть произведен в любых необходимых количествах. К тому же не стоит бояться отторжения или несовместимости на генном уровне. Другой вопрос, что имплантаты того или иного рода могут выделять вредные для организма вещества и насколько хорошо они приживутся в тканях, вызывает много вопросов.

Биоматериал должен быть биосовместимым и может быть биодеградируемым.

Биосовместимым является материал, который обладает способностью вырабатывать соответствующий отклик хозяина при специфическом его использовании. Это определение сформулировано на совещании рабочей группы, прошедшем в Амстердаме (Williams, 1987). Авторы делают акцент на том, что биосовместимость — это не полное отсутствие токсичности или иных отрицательных свойств, а требование того, чтобы материал при имплантации вел себя адекватным образом, позволяющим выполнить поставленную задачу. В. И. Севастьянов (1999), анализируя имеющуюся информацию, выделяет следующие основные свойства биосовместимых материалов:

• · Биоматериалы не должны вызывать местной воспалительной реакции;
• · Биоматериалы не должны оказывать токсического и аллергического действия на организм;
• · Биоматериалы не должны обладать канцерогенным действием;
• · Биоматериалы не должны провоцировать развитие инфекции;
• · Биоматериалы должны сохранять функциональные свойства в течение предусмотренного срока эксплуатации.

Биосовместимые материалы и устройства действуют или функционируют гармонично и согласованно при нахождении в организме или контакте с биологическими жидкостями, не вызывая заболевания или болезненных реакций. Следует подчеркнуть, что никакой биоматериал, вероятно, за исключением того, который будет получен с помощью генной инженерии и клонирования, не может быть абсолютно биосовместимым.

Следовательно, реально существующая практика позволяет говорить лишь о существовании относительно биосовместимых и безопасных биоматериалов. Они могут находиться в организме в течение длительного периода времени, достаточного для выполнения своей функции, не вызывая в нем развития негативных реакций.

Процесс разложения нежизнеспособных материалов при контакте с живыми тканями, клетками и биологическими (телесными) жидкостями получил название биодеградация (БД). Механизм биодеградации может быть самый разнообразный — от коррозии металлов, фагоцитоза кальциофосфатов и коллагена, до Химического замещения кораллов на гидроксиапатит.

Биодеградируемые материалы и устройства могут частично или полностью растворяться, поглощаться макрофагами, включаться в метаболические и биохимические процессы и/или заменяться живой тканью.

Классификация биоматериалов, имплантируемых в костную ткань: биотолерантные, биоинертные и биоактивные.

Биотолерантные материалы включаются в кость через механизмы дистантного остеогенеза. При этом они отделяются от костной ткани прорастающим массивным фиброзным слоем. В качестве примера таких веществ могут быть метакрилаты или виталиум, ПМА, витамины (Osborn, Hewesely, 1980; Bruijn, 1993).

Биоинертные материалы практически не взаимодействуют с окружающими тканями, не вызывают образования выраженного фиброзного слоя и стимуляцию остеогенеза. При этом кость может формироваться в непосредственной близости от поверхности имплантата. Примером таких соединений может быть металлокерамика из оксида титана, ванадия, циркония и алюминия. Биоинертные материалы, как правило, имеют на своей поверхности защитный слой, который препятствует выходу из имплантата ионов и проникновению в него агрессивных молекул из окружающей биологической жидкости (Hench, Wilson, 1993; Nevelos, 2000; Murakami et al., 2000; Mu et al., 2000; Villermaux, 2000).

Под биоактивными материалами (БАМ) подразумевают биоматериалы, предназначенные для связывания их с биологическими системами с целью повышения эффективности лечения, образования или замещения любой ткани, органа при выполнения тех или иных функции организма (Williams et al., 1992). В настоящее время среди семейства БАМ выделяют 5 основных категорий:

• 1. Кальциофосфатная керамика.
• 2. Стекло и стеклокерамика.
• 3. Биоактивные полимеры.
• 4. Биоактивные гели.
• 5. Композиты.

В травматологии и ортопедии некоторые авторы выделяют еще одну группу, получившую название костеосвязывающие имплантаты (КСИ). Они могут рассматриваться как подгруппа биоактивных и биотолерантных материалов, обладающих способностью к установлению связи между биоматериалом и костным матриксом (Williams, 1992; Hench, Wilson, 1993). При этом костная ткань может проникать в имплантат механическим путем (механическое связывание), за счет, например, врастания в поры материала. Такой процесс наблюдается при использовании пористых материалов, в частности кораллов, металлов, полученных с помощью порошковой металлургии, кальциофосфатов, полимеров и др. Другой механизм лежит через образование химических связей между имплантатом и костью — химическое связывание, наблюдаемое, например, при использовании некоторых полимеров и биостекол. Третий путь взаимодействия имплантата и костной ткани реализуется за счет включения биоматериала в структуру костной ткани через механизмы биодеградации, ремоделирования и остеоинтеграции (биологическое связывание). С точки зрения биомеханики, наиболее прочную и функциональную связь дают только имплантаты третьего типа, к которым относятся кальциофосфатные (КФ) биоматериалы (Groot, 1981; LeGeros, 1991).

По характеру отклика организма на имплантат биоматериалы классифицируют следующим образом (L.L.Hench Bioceramics. J.Am.Ceram.Soc., 1998, 81(7), p.1705−28):

• 1)токсичные (если окружающие ткани отмирают при контакте) — большинство металлов;
• 2)биоинертные (нетоксичные, но биологически неактивные) — керамика на основе Al2O3, ZrO2;
• 3) биоактивные (нетоксичные, биологически активные, срастающиеся с костной тканью) — композиционные материалы типа биополимер/фосфат кальция, керамика на основе фосфатов кальция, биостекла.