Fyzikálne vlastnosti kryštálov hydroxyapatitu (HA). Hydroxyapatit – prirodzená zložka zubnej skloviny Posilnenie zubov naznačuje prítomnosť hydroxyapatitu

/ minerál Hydroxylapatit

Hydroxylapatit- minerál, fosforečnan vápenatý zo skupiny apatitov nadskupiny apatitu. Hydroxylový analóg fluorapatitu a chlorapatitu, fosfátový analóg jonbaumitu. Šesťhranný polymorf klinohydroxyapatitu.
Rozpustný v HCl a HNO3.
Hydroxylapatit ako biominerál
Až 50 % hmotnosti kostí pozostáva zo špecifickej formy hydroxyapatitu (známeho ako kostné tkanivo). Hydroxyapatit je hlavnou minerálnou zložkou zubnej skloviny a dentínu (nestechiometrický hydroxylapatit s kryštálmi vo forme doštičiek s rozmermi 40x20x5 nm a osou "c" kryštálovej štruktúry ležiacou v rovine kryštálu). Kryštály hydroxylapatitu sa nachádzajú v malých kalcifikáciách živých organizmov (v epifýze a iných orgánoch). Tiež zahrnuté v zložení patogénnych biominerálov (zubné, slinné, obličkové kamene atď.).
Vytvorenie biomateriálov na báze hydroxylapatitu, ktoré nahradia poškodené kostného tkaniva atď. Často sa používa ako výplň namiesto amputovanej kosti alebo ako povlak na podporu vrastania kosti do protetických implantátov (mnohé iné fázy, aj keď s podobným alebo dokonca identickým chemickým zložením, telo reaguje veľmi odlišne). Ukázalo sa, že nielen chemické zloženie, ale aj morfológia kryštálov syntetického hydroxyapatitu je dôležitou charakteristikou, ktorá určuje reakciu organizmu na cudzí materiál (Puleo D.A., Nanci A., 1999).

nahlásiť chybu v popise

Minerálne vlastnosti

Na opravu vzhľadu odborníci v oblasti kozmetológie odporúčajú použitie plnív. Medzi pacientmi sú obzvlášť obľúbené plnivá na báze hydroxyapatitu vápenatého. Jedným zo známych high-tech plnív je. Liek obsahuje dve zložky:

• kryštály hydroxyapatitu vápenatého;
• gél.

Čo je hydroxyapatit

Hydroxyapatit je látka prítomná v organickej matrici kostného tkaniva. Zloženie obsahuje:

• fosfor;
• vápnik.

Obsahuje makroživiny horčík, železo, zinok a bór. Podľa svojho vzorca je podobná štruktúre ľudského kostného tkaniva. Vďaka tejto vlastnosti je telo pozitívne absorbované. Hydroxyapatit je často prítomný v kozmetike vo forme nanočastíc. Prirodzene sa vyskytuje v mikrokryštalickej forme. Na získanie lieku sa látka rozdrví na práškový stav. biela farba a zmieša sa s čistenou vodou.

V prípade potreby

Droga je široko používaná v:

• zubné lekárstvo;
• ortopédia;
• maxilofaciálna chirurgia;
• neurochirurgia;
• oftalmológia;
• otolaryngológia;
• kozmetológie.

V kozmetickom priemysle sa používa ako základ pre plnivá. V zubnom lekárstve je prítomný v zubných pastách a výrobkoch na starostlivosť o ústnu dutinu. Na kompenzáciu nedostatku v tele sa môže vyrábať vo forme tabliet.

Princíp vplyvu na telo

Mechanizmus účinku na telo je nasledujúci:

1. Do problémovej oblasti sa vstrekujú plnivá s hydroxyapatitom vápenatým.
2. V dôsledku zavedenia sú vrásky vyhladené a pokožka sa stáva elastickou.
3. V priebehu času je gél spracovaný telom a hydroxyapatit vápenatý aktivuje syntézu kolagénu.
4. Ďalej kolagén tvorí novú štruktúru pokožky so zachovaním liečivého účinku až na dva roky.

Výhody a nevýhody aplikácie v kozmeteológii

Medzi priaznivé vlastnosti lieku patria:

• nízke riziko alergických prejavov;
• pozitívna reakcia na stráviteľnosť;
• tkanivová kompatibilita;
• schopnosť aktivovať syntézu kolagénu;
• trvanie pôsobenia.

Negatívne stránky lieku:

• nemožnosť vylučovania z tela;
• zákaz používania kyseliny hyalurónovej až na 1 rok.

Indikácie a kontraindikácie

Kompozíciu môžete použiť v nasledujúcich prípadoch:

• korekcia tvaru tváre;
• vyplnenie nasolabiálnej oblasti;
• odstránenie vrások;
• odstránenie jaziev;
• korekcia líc, brady, lícnych kostí, uší, spánkov, nosa, rúk.

Pomocou hydroxyapatitu vápenatého možno problémové partie korigovať s dlhodobým efektom.

Použitie lieku môže byť zdraviu škodlivé s nasledujúcimi odchýlkami:

• infekčné choroby;
• kožné ochorenia;
• onkológia;
• cukrovka;
• autoimunitné ochorenia;
• slabá zrážanlivosť krvi;
• tehotenstvo;
• laktácia;
• menštruácie.

Pri stretnutí s ošetrujúcim lekárom je potrebné informovať sa o možnosti alergie a užívaných liekoch.

Inštrukcie na používanie

Postup použitia plniva je nasledujúci:

• označenie problémovej oblasti;
• stanovenie dávky;
• antiseptické ošetrenie;
• použitie anestézie;
• zavedenie lieku ultratenkou ihlou;
• aplikácia protizápalového krému.

Reláciu si môžete pozrieť v tomto videu:

Postup môže vykonať iba vysokokvalifikovaný kozmetológ, ktorý prešiel špecializovaným školením o používaní plnív.

Pre rýchle zotavenie po zákroku musíte dodržiavať nasledujúce pravidlá:

• odmietnuť kozmetický make-up;
• aplikujte ľadové obklady na miesta vpichu;
• nepite alkohol;
• nenavštevujte kúpeľ;
• nemasírujte problémovú oblasť;
• obmedziť fyzickú aktivitu;
• spať na chrbte;
• neopaľovať sa.

Vedľajšie účinky a komplikácie

Možné prejavy nežiaducich následkov:

• Alergická reakcia;
• mikro hematómy;
• sčervenanie problémovej oblasti;
• necitlivosť;
• opuch;
• modriny.

Dodržiavanie odporúčaní na rehabilitáciu negatívne činy po dvoch dňoch odídu sami. Výnimkou sú komplikácie spôsobené neodborným konaním odborníka počas zákroku v podobe:

• nerovnosti a asymetria kože;
• vydutie gélu v problémovej oblasti;
• biele pruhy v mieste vpichu;
• zápalová odpoveď.

Pri výrobe keramiky sa snažia nepoužívať ďalšie spojivá Pórovité látky vznikajúce z prášku hydroxyapatitu sa zhutňujú, kryštalizujú a rekryštalizujú pri vysoká teplota(1473-1573 K) a niekedy aj s použitím tlaku. V závislosti od účelu použitia syntetického hydroxyapatitu existujú rôzne požiadavky na také vlastnosti, ako je fázová a chemická čistota, kryštalinita, defektnosť, pórovitosť atď.

Ak sa hydroxyapatit zavedie do kostného defektu, potom nie je potrebné zabezpečiť jeho štrukturálnu dokonalosť (stechiometrické zloženie a vysoký stupeň kryštalinity). V kostnom tkanive hovoríme o defektnej HA, s veľkým počtom vakancií a substitúcií v štruktúre, ako aj o amorfnom materiáli ako najviac defektnom.

Ak sa HA používa ako inertný materiál zavádzaný do tela, potom hlavnými požiadavkami na ňu sú biologická kompatibilita a absencia resorpcie.V tomto prípade je potrebné použiť stechiometrický hydroxyapatit s vysokým stupňom kryštalinity. Takýto hydroxyapatit sa zavádza do zloženia výplňových materiálov vtedy, keď je potrebné čo najviac priblížiť fyzikálne a fyzikálno-chemické vlastnosti výplne vlastnostiam zubných tkanív.

Fosforečnan vápenatý (TCP) a hydroxyapatit (HA) poskytujú výrazné zvýšenie účinnosti osseointegrácie pri „presadzovaní“ titánových implantátov. Experimenty ukázali, že na vytvorenie takýchto implantátov je vhodné syntetizovať hydroxyapatit s daným obsahom TCP namiesto mechanického miešania zložiek.

V klinickej praxi nadobúdajú čoraz väčší význam porézne granuly hydroxyapatitu. Materiál s takouto štruktúrou „funguje“ ako biofilter, zabezpečujúci prietok krvi potrebný na rast výsledných tkanivových štruktúr.

Biologické vlastnosti hydroxapatitu.

Početné pokusy na zvieratách preukázali nielen vynikajúcu biokompatibilitu hydroxyapatitu, ale aj schopnosť v závislosti od zloženia a spôsobu výroby slúžiť ako základ, okolo ktorého sa tvorí kostné tkanivo, pričom na rozdiel od iných bioinertných materiálov aktívne stimuluje tvorbu kosti.

Experimentálne práce ukázali, že mikrobiologická čistota prípravku vyhovuje štandardu edície SP-XI. Patrí medzi málo toxické látky, nespôsobuje poruchy funkcií životne dôležitých orgánov a telesných systémov. Užívanie HA nespôsobuje nežiaduce dlhodobé následky: nemá alergénny, mutačný a imunomodulačný účinok, neovplyvňuje priebeh gravidity, vývoj plodu a potomstva.

Výsledky analýzy hydroxyapolu nám umožňujú odporučiť ho na medicínske použitie bez akýchkoľvek obmedzení ako prostriedok na náhradu kostných defektov a náhradu kostných dutín, ako súčasť zubných výplňových pást, implantačných materiálov

Zvýšenie osseointegrácie je ovplyvnené nielen štruktúrou, tvarom alebo povlakom implantátu, ale aj štrukturálnymi znakmi tela pacienta.

Pri vyšetrovaní pacientov pred implantačnou operáciou musia odborníci často zistiť prítomnosť stenčeného alveolárneho výbežku. Takéto zúženie kostného tkaniva môže byť výsledkom odstránenia, výsledkom zápalových ochorení alebo traumy, ako aj vrodeným znakom štruktúry alveolárneho procesu a je detekované v určitých oblastiach alebo po celej dĺžke hrebeňa počas vyšetrení alebo počas operácie. Navrhovaná metóda umožňuje súčasne zvýšiť objem kostného tkaniva a vykonať operáciu implantácie. Technika umožňuje dosiahnuť pomocou pozdĺžnej zlomeniny hrebeňa čeľuste podľa typu „zelená vetvička“, v dôsledku čoho sa alveolárny výbežok rozšíri v potrebných oblastiach a v objeme dostatočnom na následné zavedenie implantátov. Prítomnosť niekoľkých dýz umožňuje rozšírenie modelácie kostného tkaniva na požadovanú veľkosť a na požadovanom mieste bez narušenia celistvosti periostu, čo je zárukou následnej „nástavby“ kostného tkaniva. Poškodenie alveolárneho výbežku čeľuste vedie k zvýšeniu prietoku krvi, čo prispieva k procesu osteogenézy, a tým k riadenému rastu kostí a k osseointegrácii implantátu.

Metóda bola použitá u 63 pacientov, výsledky dlhodobých pozorovaní ukazujú jej spoľahlivosť, efektivitu a presnosť výsledku, s dostupnosťou a jednoduchosťou implementácie.

Tu je článok a fotka, ktoré už nejaký čas kolujú internetom, čítame:

Japonský vedec Kause Yamagashi prináša revolúciu do ústnej hygieny. On vynašiel zubná pasta ktorý rýchlo a bezbolestne obnovuje zubná sklovina, uzatvára diery a praskliny v zuboch. A to všetko bez pomoci zubárov! Zloženie pasty bolo získané ako výsledok experimentov s hydroxylapatitom - hlavnou zložkou zubov - a je podobné zloženiu zubnej skloviny.

Pastu je možné aplikovať priamo na poškodenú oblasť zuba. Po prvé, kyselina obsiahnutá v látke mierne rozpúšťa povrch popraskanej skloviny. Po troch minútach pasta skryštalizuje a umelý materiál sa pevne začlení do štruktúry prírodnej skloviny.

Testy vykonané japonskými zubármi ukazujú, že zub zahojený takouto pastou sa nelíši od zdravého. Rozdiel nie je viditeľný ani pod mikroskopom.

Ale čo to vlastne je?

Začnime tým, že na obrázku je čierna kórejská Charcle pasta s aktívne uhlie(na odstránenie zápachu z úst)

Tu je to, čo píšu na jednom z fór:

AT nedávne časy ruský internet obletela séria článkov o zubnej paste s hydroxyapatitom. Fotky všade boli naozaj čierna kórejská pasta. To nás podnietilo objednať si pasty Adguard v Japonsku. Na eBay sa rýchlo našli predajcovia takýchto cestovín s dopravou zdarma a cenou 15 dolárov. Klamali s doručením = 3,6 USD
Takže objednávka 1.03 bola prijatá na pošte 27.03. Menej ako mesiac, čo je podľa mňa dosť rýchlo. Cena analógu v Rusku je 1150 rubľov.
Pasta prišla v malom balení.
Balenie je mimo chvály. Samotná pasta je vystlaná vlnitou lepenkou a zabalená do bubliny
Pasta je biela...
A teraz trochu viac o samotnej paste a výrobcovi:

Hydroxyapatit SP-1 je minerál prírodného pôvodu, bunka jeho kryštálu obsahuje dve molekuly.

Približne 70 % pevnej mletej hmoty kosti tvoria anorganické zlúčeniny, ktorých hlavnou zložkou je anorganický minerál hydroxyapatit. Bez nečistôt je hlavným minerálom v zložení zubnej skloviny a dentínu.

Hydroxyapatit je hlavným minerálom kostného tkaniva a tvrdých tkanív zuba. Keramika na jej základe nespôsobuje odmietavú reakciu a je schopná aktívne sa viazať na zdravé kostné tkanivo. Vďaka týmto vlastnostiam možno hydroxyapatit úspešne použiť pri obnove poškodených kostí, ako aj ako súčasť bioaktívnej vrstvy pre lepšie vrastanie implantátu.

Výmenné reakcie na povrchu zuba

Belosť našich zubov závisí od farby dentínu, nazývaného aj farba “ Slonovina". Dentín je kalcifikované tkanivo zuba, ktoré tvorí jeho objem a určuje jeho tvar. Sklovina sa nachádza na vrchole dentínu – najtvrdšieho tkaniva tela, chrániacu dentín a zubnú dreň pred vonkajšími faktormi. Krása našich zubov závisí od stavu skloviny. Smalt zdravý zub priesvitný, jeho farba je blízka skutočnej farbe slonoviny. Keď sa sklovina pokryje plakom a škvrnami, je vystavená prudkému mechanickému nárazu a tiež v dôsledku nerovnováhy medzi procesmi demineralizácie a remineralizácie, povrch zuba sa stáva matným a zakaleným a samotný zub potrebuje odborníka. liečbe.

Hlavnou zložkou dentínu (70 %) a skloviny (97 %) – hydroxyapatitu – je biologický fosforečnan vápenatý a tretia najväčšia zložka nášho tela (po vode a kolagéne). Ľudské sliny, ktoré obsahuje veľké množstvo vápenaté ióny a fosfátové ióny, je akýmsi nasýteným roztokom hydroxyapatitu. Chráni zuby neutralizáciou kyselín v zubnom povlaku a dopĺňa stratu minerálov pri demineralizácii.

Akonáhle sa cukor dostane do úst, baktérie plaku premenia cukor na kyselinu a pH plaku dramaticky klesne. Pokiaľ zostáva v kyslom rozsahu a tekutiny zubného povlaku sú v porovnaní s minerálmi v zube podsýtené, kyseliny produkované baktériami difundujú cez zubný povlak a do zuba a vyplavujú vápnik a fosfor zo skloviny. Prebieha demineralizácia.

Medzi obdobiami tvorby kyseliny alkalické pufre prítomné v slinách difundujú do plaku a neutralizujú prítomné kyseliny, čo zastavuje stratu vápnika a fosforu. Prebieha remineralizácia.

K remineralizácii dochádza medzi obdobiami demineralizácie.

Demineralizácia

Remineralizácia

V ideálnom prípade, keď sú tieto procesy prebiehajúce na povrchu zuba v dynamickej rovnováhe, nedochádza k strate minerálov. Ale s nadmernou tvorbou plakov, zníženým slinením, jedením potravín bohatých na sacharidy sa rovnováha úplne posúva smerom k demineralizácii. V dôsledku toho dochádza k zubnému kazu.

Je známe, že na skoré štádium demineralizácia alebo štádium“ biela škvrna“, vzniku kazu možno predchádzať včasným príjmom potrebného množstva minerálov. V dôsledku toho sa vytvárajú plnohodnotné zubné tkanivá, ktoré stabilizujú ďalší vývoj ochorenia a jeho komplikácií.

Inovácia na trhu ústnej starostlivosti

V roku 1970 Sangi Co., Ltd vyvinula remineralizačnú zubnú pastu obsahujúcu nanočastice hydroxyapatitu, aby uspokojila potreby verejnosti. Prvýkrát bol uvedený na trh v roku 1980 spoločnosťou Apagard a predal viac ako 50 miliónov elektrónok. Potom sa uskutočnilo rozsiahle laboratórne testovanie aktívnych zložiek zubnej pasty, po ktorom bol v roku 1993 v Japonsku schválený hydroxyapatit ako prostriedok proti zubnému kazu. Nazval sa lekársky hydroxyapatit, aby sa odlíšil od iných typov hydroxyapatitu (dentálne abrazíva).

Veľkosti častíc hydroxyapatitu vyrobeného spoločnosťou Sangi boli merané v nanometroch (výhodne 100 nm a viac). V roku 2003 vylepšená technológia výroby hydroxyapatitu umožnila získať hydroxyapatit s menšími časticami (20-80 nm)

Laboratórne testy preukázali ich veľkú remineralizačnú schopnosť vo vzťahu k zubnej sklovine. (1 nanometer = 0,000001 milimetra)

Remineralizačné zubné pasty a produkty ústnej hygieny s lekárskym nanohydroxyapatitom, vyvinuté spoločnosťou Sangi, sa delia na dva hlavné typy:

Sangi prvýkrát prejavil vážny záujem o hydroxyapatit po získaní patentu na jeho použitie od NASA v roku 1970. Tretia hlavná zložka nášho tela po vode a kolagéne, hydroxyapatit, je široko používaný v medicíne a stomatológii vďaka svojej vynikajúcej biokompatibilite. Ako materiál obnovujúci kostné tkanivo sa používa v zubnom lekárstve, ortopédii, maxilofaciálnej chirurgii pri kostných štepoch a implantáciách. Hydroxyapatit sa pridáva aj do parfumov, kozmetiky a potravín, hlavne do zubných pást.

K dnešnému dňu sú produkty ústnej hygieny hlavným zdrojom príjmu spoločnosti, hoci hydroxyapatit je súčasťou mnohých ďalších produktov, ktoré vyrábajú: výživové doplnky, kozmetické prísady, ako aj adsorbenty pre chromatografickú analýzu a iné štúdie.

Prioritným smerom ich činnosti je vývoj produktov. A už viac ako 30 rokov sa Sangi zameriava na výskum a vývoj a svoj patent si starostlivo stráži. Majú viac ako 70 schválených patentov týkajúcich sa rôznych oblastiach v Japonsku a ďalších krajinách sa zvažuje asi sto ďalších. Sangi je v súčasnosti najväčším producentom hydroxyapatitu na svete.

Na skutočnú účinnosť tohto všetkého sa, samozrejme, treba pozrieť v praxi a skúsenostiach. Hľadajte na internete, čítajte, čo píšu. Vo všeobecnosti som tam skeptická voči všelijakým pastám, šampónom atď. Často sa stáva, že je to prinajmenšom bezpečné a to je dobré, a dokonca aj ku všetkým jedinečným vlastnostiam, ktoré tam sú... Tu sú pre vás ďalšie odhalenia: napríklad, ale je to naozaj Ale hovoria, že aj toto je Pôvodný článok je na webe InfoGlaz.rf Odkaz na článok, z ktorého je táto kópia vytvorená -

Článok do súťaže "bio/mol/text": Choroby spojené s zvýšená rýchlosť degradáciu kostného tkaniva u starších ľudí čoraz viac pociťuje populácia. Vo veľkej miere je to spôsobené zvyšovaním priemernej dĺžky života vo všeobecnosti a starnutím takzvanej „zlatej miliardy“. Tento problém môžu čiastočne vyriešiť nové materiály na báze fosforečnanov vápenatých, vhodné na implantáciu u pacientov s osteoporózou.

Moderná veda si kladie za jeden z hlavných cieľov predĺženie trvania ľudský život. Vyvíjajú sa nové metódy liečby chorôb, uľahčuje sa život starým ľuďom, mnohé choroby, ktoré sa predtým považovali za nevyliečiteľné, ľudstvo takmer úplne porazilo. Avšak, niektoré zmeny súvisiace s vekom sú geneticky začlenené do tela a bojovať s nimi konvenčnými metódami je takmer nemožné.

Choroby kostí zaberajú jednu z prvých línií v rebríčku najčastejších problémov u starších ľudí. S vekom sa úbytok kostnej hmoty zvyšuje. Trpia tým najmä ženy – kvôli aktívnejšiemu vyplavovaniu katiónov vápnika z tela, ktorý slúži ako základ našej kostry. Strata kostí môže u žien nad 70 rokov dosiahnuť až 40 %!

Toto ochorenie sa nazýva osteoporóza. Kosti, ktoré postihuje, sa stávajú krehkými a ťažko sa vyrovnávajú so záťažou, ktorá je na ne kladená. V prípade zlomeniny bude takáto kosť rásť spolu oveľa dlhšie ako zdravá. Ako je spomenuté vyššie, hlavný dôvod takými zmenami je postupné vyplavovanie vápnika z tela. Počas nášho života prebiehajú v našom tele dva rovnovážne procesy: nepretržitá tvorba nového kostného tkaniva a resorpcia (rozpúšťanie) starého. V starobe sa rovnováha posúva smerom k resorpcii a nové tkanivo jednoducho nestihne nahradiť rozpustené. A nadbytok katiónov vápnika, ktorý je hlavným produktom tohto procesu, sa z tela vylučuje prirodzene.

Čo je ľudská kosť? Obrázok 1 schematicky znázorňuje štruktúru ľudskej kosti. Základ tvorí kompozit (materiál vyrobený z iných materiálov a s vlastnosťami odlišnými od vlastností „rodičov“), ktorým sú nestechiometrické kryštály hydroxyapatitu s chemickým vzorcom:

Ca 10-x-y/2 (HP04) x (C03) y (P04) 6-x-y (OH) 2-x,

Úplná náhrada kosti umelým materiálom je teda nežiaduca. Najpreferovanejším spôsobom regenerácie kostného tkaniva sa dnes stala náhrada poškodenej časti tkaniva bioaktívnou protézou, ktorá splynie s okolitými tkanivami, následne urýchli prirodzenú regeneráciu a postupne sa bez stopy rozpúšťa, pričom na kosti zostane nové tkanivo. defekt.

Obrázok 2 Individuálna fragmentovaná protéza mandibula pre pacienta so sarkómom dolnej čeľuste. Protéza je vyrobená z polyméru a hydroxyapatitu.

Tradične v ortopédii sa na tieto účely používa hydroxyapatit. Stechiometricky je minerálnej zložke kosti (v porovnaní s inými fosforečnanmi vápenatými) zložením najbližší hydroxylapatit (ďalej ho budeme pre stručnosť nazývať HAP). Jeho vzorec:

Čo je hydroxyapatit?

Dlho sa verilo, že hydroxyapatit Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 je ideálny materiál z hľadiska biokompatibility na obnovu poškodených kostí a zubov. Prvý zdokumentovaný pokus použiť HAP ako materiál na náhradu kostí sa datuje do 20. rokov minulého storočia. Úspešná aplikácia HAP na tieto účely však bola ukončená až po 60 rokoch. Hydroxylapatit je dokonale kompatibilný so svalovým tkanivom a pokožkou; po implantácii sa môže spojiť priamo s kostným tkanivom v tele. Vysoká biokompatibilita hydroxyapatitu sa vysvetľuje kryštalochemickou podobnosťou umelého materiálu s kostným „minerálom“ stavovcov.

Názov minerálu pochádza z gréckeho „apatao“ – klamem, pretože nádherne sfarbené prírodné odrody apatitu sa často zamieňali s berylom a turmalínom. Napriek veľmi širokej škále farieb prírodných apatitov spôsobených rôznymi nečistotami, nízka tvrdosť (je to štandardná hodnota 5 na 10-bodovej Mohsovej stupnici) neumožňuje považovať ho za polodrahokam.

Je známe, že kostný minerál obsahuje významné množstvo (~8 % hmotnosti) uhličitanových iónov; existuje aj prírodný minerál podobného zloženia – dallit. Predpokladá sa, že uhličitanové ióny môžu zaberať dve rôzne polohy v štruktúre HAP, pričom nahrádzajú hydroxylové a/alebo fosfátové ióny za vzniku uhličitanového hydroxylapatitu typu A a B (CHAP). Apatit biologického pôvodu patrí do B-typu. Nahradenie fosfátových iónov uhličitanovými iónmi vedie k zníženiu veľkosti kryštálov a stupňa kryštalinity HAP, čo značne komplikuje štúdium prírodných biominerálov. Zvýšenie podielu uhličitanových iónov v zložení hydroxylapatitu spôsobuje pravidelné zmeny v rovnovážnej forme kryštálu. Ihličkovité kryštály sa „splošťujú“ do platní, ktoré sú veľmi podobné kryštalitom apatitu, ktorý existuje v tele. Zavedením malej frakcie uhličitanových iónov do syntetizovaného minerálu je možné získať materiál podobný biogénnemu a podľa chemické zloženie a geometricky.

Dôležitou charakteristikou HAP je stechiometria jeho zloženia, ktorá sa bežne vyjadruje ako pomer Ca/P. Variabilné zloženie je spôsobené tým, že pri syntéze HAP z roztoku sa nemožno chrániť pred iónmi H 3 O + a HPO 4 2 −, ktoré môžu nahradiť ióny Ca 2+ a PO 4 3 − resp. kryštálovú štruktúru hydroxyapatitu.

Ako sa hydroxyapatit užíva?

Existovať rôzne metódy syntéza hydroxyapatitu. Môžu byť podmienene rozdelené na vysokoteplotné a nízkoteplotné. Vysokoteplotné metódy nie sú pre nás veľmi zaujímavé, pretože materiály získané týmto spôsobom prakticky nie sú bioaktívne. Nízkoteplotné metódy možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín: hydrolýza(vrátane tzv hydrotermálne metódy syntézy) a vyzrážanie z roztoku. Zaujímavá je aj kombinovaná metóda tzv sol-gel syntéza. V ňom suchý zvyšok gélu podlieha rozkladu pri relatívne nízkej teplote 400–700 °C (v porovnaní s vysokoteplotnou syntézou). Takto získanými materiálmi je tvrdá, porézna keramika, chemicky a fyzikálne pripomínajúca minerál kostí.

Ako reaguje telo na kalciumfosfátovú keramiku?

Bioaktivita- komplexná charakteristika materiálov kompatibilných s telom, berúc do úvahy okrem vplyvu na biologické procesy rastu a diferenciácie buniek aj:

• rýchlosť rozpúšťania materiálu v médiách vytvorených určitými skupinami buniek (bioresorbovateľnosť);
• rýchlosť ukladania materiálu z intersticiálnej tekutiny na povrch materiálu.

Medzi požiadavkami, ktoré sa vzťahujú na bioaktívne materiály používané v lekárskej praxi na obnovenie celistvosti kostného tkaniva, je na prvom mieste pomerne vysoká rýchlosť rozpúšťania (rádovo desiatky mikrónov za rok) - tzv. bioresorbovateľnosť. Povrch hrá aktívnu úlohu v biochemických reakciách prebiehajúcich na rozhraní kosť/implantát za účasti buniek špecifických pre proces osteosyntézy. Keď už hovoríme o rýchlosti resorpcie materiálu v intersticiálnej tekutine, je zvykom porovnávať nové materiály s tými, ktoré sa už používajú v medicíne - keramika na báze hydroxyapatitu alebo β-trikalciumfosfátu. Veľkokryštalická keramika na báze HAP sa pomaly resorbuje, takže inklúzie umelého materiálu možno v kosti detekovať aj po mnohých rokoch. Keramika získaná pomocou β-Ca 3 (PO 4) 2 sa rozpúšťa tak rýchlo, že rastúca kosť nestihne vyplniť vzniknuté dutiny. Rýchlosť rozpúšťania materiálu závisí od mnohých faktorov: plocha povrchu, štruktúra, zloženie, defektnosť materiálu. Tieto vlastnosti určujú reakciu tela na cudzí implantát. Bioaktívne materiály sa vyznačujú rýchlou fúziou s kostným tkanivom prostredníctvom vytvorenia medzivrstvy HAP, ktorá sa vytvára dvoma možnými spôsobmi:

1. Rozpustenie fosforečnanu vápenatého – vyzrážanie hydroxyapatitu.
2. Precipitácia HAP z presýteného roztoku v tkanivovej tekutine.

Dôležitý postup hodnotenia bioaktivity zahŕňa testovanie in vivo. Je to drahé a časovo náročné a zahŕňa to aj riziko. Aktívne sa však vyvíjajú metódy, ktoré umožňujú v ranom štádiu predklinického testovania zoradiť materiály podľa stupňa bioaktivity v priebehu relatívne jednoduchých experimentov. in vitro, simulujúce procesy v ľudskom tele - rozpúšťanie materiálu a ukladanie HAP na povrch materiálu z roztokov podobných telovým tekutinám.

Štúdium biologickej aktivity materiálov sa uskutočňuje pomocou roztoku, ktorý simuluje iónové zloženie ľudskej intersticiálnej tekutiny. Kompaktné vzorky testovaného materiálu sa umiestnia do roztoku na niekoľko dní pri 37 °C. Proces depozície karbonátového hydroxyapatitu z modelového roztoku na povrch materiálu je kontrolovaný fázovou röntgenovou analýzou, IR spektroskopiou a skenovacou elektrónovou mikroskopiou.

Je potrebné regulovať bioresorbovateľnosť umelých materiálov v závislosti od ich účelu. Táto možnosť existuje v dôsledku rozdielu vo vlastnostiach materiálov s rôznym zložením. Aby bola vzorka lepšie vstrebateľná, je potrebné zvýšiť podiel uhličitanových a silikátových iónov v kryštálová mriežka materiál.

Obrázok 3. Prelamovaná vrstva čiastočne resorbovanej keramiky. Snímka zo skenovania elektrónový mikroskop. Tu je fragment materiálu podrobený rozpusteniu v modelovom roztoku in vitro. Napravo môžete vidieť, aký bol materiál pred začiatkom resorpcie.

Najlepšiu bioaktivitu v takýchto štúdiách vykazuje materiál obsahujúci kremík. Na jeho povrchu sa tvoria silanolové (-SiOH) skupiny aktívne sa podieľajúce na mineralizácii vonkajšej vrstvy implantátu. Takýto materiál si intenzívne vymieňa ióny s roztokom: silanolové skupiny silne viažu vápenaté ióny, čím prispievajú k vytvoreniu amorfnej vrstvy fosforečnanu vápenatého na povrchu, ktorej separácia a kryštalizácia vedie k vytvoreniu ažúrovej vrstvy pozostávajúcej z častíc HAP ~ veľkosti 10 nm (obr. 3). Rozdiely v hrúbke takejto vrstvy môžu slúžiť ako miera bioaktivity materiálu: čím je hrubšia, tým ľahšie bude kosť tento materiál začleniť do svojej štruktúry.

Ďalšou dôležitou vlastnosťou moderných implantátových materiálov je osteoindukcia- schopnosť podporovať životne dôležitú činnosť osteoblastov a stimulovať ektopickú (mimo kosti) tvorbu kostí de novo. Toto je najdôležitejšia vlastnosť umelých implantátov. Faktom je, že na spustenie tvorby kosti okolo implantátu je nevyhnutné mikroprostredie s časticami živej kosti. Novovytvorená kosť postupne rastie spolu s okolitými implantovanými časticami, pričom „skáče“ z jednej na druhú.

Predpokladá sa, že najaktívnejšia z hľadiska osteosyntézy je amorfná modifikácia hydroxyapatitu. Dostatočne kryštalický HAP s veľkosťou kryštálov blížiacou sa veľkosti kryštálu v kostnom tkanive (20–40 nm 3 ) však môže vykazovať výsledky rádovo vyššie ako v súčasnosti používané amorfné cementy.

Bioinertné materiály žiadnym spôsobom neovplyvňujú proces osteosyntézy. Na povrchu z nich vyrobených implantátov sa vytvára vláknité tkanivo, ktoré zabraňuje vytvoreniu spojenia medzi implantátom a kosťou. Existuje významná možnosť odmietnutia takýchto materiálov telom, často sprevádzané zápalovými procesmi. Zatiaľ však nie je možné úplne opustiť tieto materiály, pretože sú lacné a ľahko spracovateľné. Hlavnými problémami, ktoré sa riešia pri navrhovaní implantátov z bioinertných materiálov, je priblíženie elastických charakteristík implantátu charakteristikám kosti, ako aj zníženie rýchlosti koróznych procesov.

Na rozdiel od bioinertných syntetických materiálov na báze polymérov a kovov je keramika na báze fosforečnanu vápenatého biokompatibilná a bioaktívna, čo znamená, že je najsľubnejším materiálom pre kostné implantáty. Jeho hlavnou nevýhodou je krehkosť. Na Teraz najlepšia cesta von je použitie kompozitov kovov alebo polymérov potiahnutých kalciumfosfátovou keramikou (obr. 4). Dobre zabezpečujú integráciu materiálu do kostného tkaniva, čím zabraňujú tvorbe vláknitého tkaniva okolo bioinertného kovu. Postupom času sa protéza veľmi silno spojí s okolitou kosťou, ktorá nahradí vrstvu HAP. Percento zlyhania takýchto protéz je oveľa nižšie ako u kovových a plastových náprotivkov.

Obrázok 4. Bioaktívny keramický povlak na protéze bedrový kĺb. a - Pórovitá štruktúra keramického povlaku. b - röntgen protéza implantovaná na miesto bedrového kĺbu. Samotná protéza je vyrobená z titánu a polymérov.

Ako dať HAP nové vlastnosti?

Nie všetky vlastnosti potrebné pre protetiku sú prirodzene vlastné hydroxyapatitu. Niektoré terapeutické účinky však môžu byť do materiálov pridané tým, že sa zloženie kompozitu skomplikuje ďalšími látkami. To však nie je príliš pohodlné, pretože to skomplikuje klinické skúšky a je oveľa náročnejšie takýto materiál vyvinúť. Môžete však urobiť pokrok a získať jedinečné vlastnosti mierne modifikuje zloženie a vnáša nečistoty iných katiónov a aniónov do hydroxylapatitovej mriežky. Zmenou zloženia keramiky je možné meniť jej silu, veľkosť a tvar kryštálov, rýchlosť rozpúšťania a mnohé ďalšie parametre.

Keramika s fosforečnanom vápenatým môže byť modifikovaná zavedením rôznych komponentov. Možnosti výberu takéhoto modifikátora (legujúcej zložky) sú pomerne široké: v závislosti od veľkosti nahrádzaného iónu možno zloženie meniť o zlomky aj o desiatky percent. Napríklad nízke koncentrácie iónov kremíka aktivujú regeneráciu kostného tkaniva a pôsobia ako antigén pre zodpovedajúce bunky.

Zaujímavé sú napríklad biologické vlastnosti katiónov lantanoidov. Použitie lantanoidových iónov v perorálnych prípravkoch je obmedzené ich nízkou schopnosťou prechádzať stenami žalúdka a čriev. Na zlepšenie dostupnosti lantanoidových katiónov sa môžu použiť lipofilné obaly komplexov. Látky, ktoré môžu preniknúť cez bunkové membrány, sú tzv ionofóry. (Viac sa o nich dočítate v článku "Neznáme peptidy: "tieňový" systém bioregulácie".) Takáto škrupina im umožní preniknúť cez bunkovú membránu. Tento spôsob dodávania iónov do osteoblastov sa môže stať zásadne novým prístupom k liečbe mnohých ochorení kostí.

Lantanoidy sú vďaka svojej vysokej afinite k fosfátom pevne viazané v štruktúre minerálov tvoriacich základ kostného tkaniva bez narušenia ich štruktúry. Lantanoidy sú dokonca schopné nahradiť vápnik v kostiach a súčasne inhibujú vývoj buniek zodpovedných za prasknutie a resorpciu kostného tkaniva. Táto schopnosť „napodobňovať“ funkcie vápenatých iónov nám umožňuje považovať lantanoidy za zložku na liečbu ochorení kostí.

Čiastočná výmena katiónov vápnika za katióny lantanoidov otvára široké možnosti pre mnohé z nich rôzne materiály na báze fosforečnanov vápenatých. Pomocou lantanoidov je možné ovplyvniť fyzikálne vlastnosti získanú keramiku, regulujú rýchlosť resorpcie a dokonca používajú tento materiál ako liek na liečbu osteoporózy.

V praxi sa HAP používa vo forme cementu alebo poréznych inlayov na vyplnenie trhlín, kaverien a iných defektov v ortopédii a maxilofaciálnej chirurgii. Vo forme filmu sa aplikuje na protézy z iných materiálov (najčastejšie z kovu alebo polyméru), aby sa znížilo riziko odmietnutia a lepšia fixácia v dôsledku tvorby nových tkanív v okolí protézy. Spravidla ide o protézy bedrového kĺbu a rôzne zubné protézy.

Samozrejme, umelo syntetizovaný hydroxyapatit má od ideálu ďaleko a ako materiál na implantáciu pri tvorbe plnohodnotných protéz veľkých kostí či kĺbov ho zatiaľ nemožno použiť. Ale využitie jeho pozoruhodných vlastností, ako je relatívne jednoduchá regulácia zloženia a morfológie kryštalitov, bioaktivita a schopnosť urýchliť prirodzenú regeneráciu, umožňuje vyrábať na jeho základe lieky na korekciu a prevenciu kostných defektov už teraz. . A to znamená, že v dohľadnej dobe sa nám podarí výrazne zjednodušiť liečbu osteoporózy, urýchliť hojenie zlomenín a možno aj vrátiť stratené končatiny pomocou umelých kostí.

Literatúra

1. Larry L. Hench. (2005). Biokeramika. Journal of the American Ceramic Society. 81 , 1705-1728;
2. Veresov A.G., Putlyaev V.I., Treťjakov Yu.D. (2000). Úspechy v oblasti keramických materiálov. "Ros. Chem. Denník." 6 , 32–46;
3. Larry L. Hench. (2006). Príbeh Bioglass®. J Mater Sci: Mater Med. 17 , 967-978;
4. Dorozhkin S.V. a Agathopoulus S. (2002). Biomateriály: Prehľad trhu. "Chémia a život". 2 , 8;
5. E. D. Eanes, A. W. Hailer. (1998). Vplyv fluoridu na veľkosť a morfológiu kryštálov apatitu pestovaných z fyziologických roztokov. Calcif Tissue Int. 63 , 250-257;
6. Qinghong Hu, Zhou Tan, Yukan Liu, Jinhui Tao, Yurong Cai atď. kol., (2007). Vplyv kryštalinity nanočastíc fosforečnanu vápenatého na adhéziu, proliferáciu a diferenciáciu mezenchymálnych kmeňových buniek kostnej drene. J. Mater. Chem.. 17 , 4690;
7. Cheri A. Barta, Kristina Sachs-Barrable, Jessica Jia, Katherine H. Thompson, Kishor M. Wasan, Chris Orvig. (2007). Zlúčeniny obsahujúce lantanoid na terapeutickú starostlivosť pri poruchách resorpcie kostí. Dalton Trans.. 5019;
8. Neznáme peptidy: "tieňový" systém bioregulácie;
9. G. Renaudin, P. Laquerriere, Y. Filinchuk, E. Jallot, J. M. Nedelec. (2008). Štrukturálna charakterizácia sol-gél odvodených Sr-substituovaných fosforečnanov vápenatých s antiosteoporotickými a protizápalovými vlastnosťami. J. Mater. Chem.. 18 , 3593.