biodegradable polymers in orthopedic
DESCRIPTION
Biodegradable polymers in medicineTRANSCRIPT
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.