Käytännön sovellukset
Biomateriaaleja käytetään terveydenhuollossa pääasiassa kudosten tai elinten liittämiseen, erottamiseen tai korvaamiseen.
Tällaisia ovat esimerkiksi biohajoavat ruuvit ja ompeleet, bioimplantit sekä bioaktiivinen lasi.
Biomateriaalien avulla voidaan aikaansaada myös uutta kudoksen kasvua. Tällöin kyse on pääasiassa kudosteknologiasta tai kantasoluteknologiasta, vaikka myös implanteilla voidaan edistää kudoksen kasvua.
Uusimmilla biomateriaaleilla, kuten yhdistelmä-implanteilla ja bioaktiivisilla implanteilla, on useita erilaisia vaikutuksia kohdekudoksessa.
Biohajoavat implantit
Perinteisesti luun ja pehmytkudosten kiinnityksessä, kuten murtumien ja nivelsidevammojen hoidossa, on käytetty metallisia kiinnittimiä. Nykyään yhä useammin ne korvataan elimistössä liukenevilla kiinnitysmateriaaleilla. Urheilulääketieteessä, ortopediassa sekä kallo- ja kasvokirurgiassa käytettävät biohajoavat implantit - ruuvit, naulat ja sauvat - säästävät potilaan vaivoja ja yhteiskunnan terveydenhuoltokustannuksia, koska niiden poistamiseksi ei tarvita uusintaleikkausta.
Biohajoavat implantit perustuvat mekaanisilta ominaisuuksiltaan hyvin paljon luun kaltaiseen polymeeriin, joka pitää käsitellyn kohteen paikallaan paranemisen vaativan ajan. Polymeerin pohjana on synteettinen maitohappo, joka on myös polymeerin hajoamistuote. Sekä maitohappo että polymeeri ovat erittäin kudosyhteensopivia, eivätkä ne aiheuta haitallisia reaktioita ihmiselle kuten allergioita tai kudosärsytystä aiheuttava metalli.
Implantteina käytettävien biomateriaalien kehitys on edennyt kohti funktionaalisempia materiaaleja, jotka osallistuvat myös laajemmin kudoksen ja elimistön paranemisprosessiin. Bioaktiiviset implantit voivat esimerkiksi luovuttaa ympäröivään kudokseen paranemista nopeuttavia lääkeaineita.
Kudoskorjaus
Kudosteknologiassa käytetään potilaan omia soluja, joista kasvatetaan biomateriaalien avulla uusia kudoksia. Kudosteknologia tarjoaa uusia välineitä kudosvaurioiden korjaamiseen sekä uusien kudosten, elimien tai niiden osien muodostamiseen.
Biomateriaalien ja soluterapian yhdistäminen tarjoaa uusia ratkaisuja kudoskorjaushoitoihin. Biomateriaaleja tarvitaan korvaamaan menetettyä kudosta. Kudosta voidaan valmistaa muovien kaltaisista polymeereista ja bioaktiivisesta lasista. Implanteissa ja biomateriaaleista valmistetuissa kasvualustoissa voidaan käyttää potilaan omista soluista kasvatettuja soluja, joita voidaan käyttää esimerkiksi uudisluun muodostamiseen tai rustovaurioiden korjaamiseen. Teknologia mahdollistaa myös aiempaa pienemmät korjausoperaatiot sekä ehkäisee hylkimisreaktioita.
Kantasoluteknologia
Erilaistumiskykyisiä ja uutta kudosta tuottavia kantasoluja tutkitaan aktiivisesti. Biomateriaalien ja kantasoluteknologioiden yhdistämisestä uskotaan syntyvän uusia ratkaisuja kudoskorjaushoitoihin. Tavoitteena on myös erilaistaa alkion kantasoluista muun muassa hermosoluja ja yhdistää näitä erilaisiin biomateriaaleihin, esimerkiksi implantteihin. Yhdistämisellä pyritään kehittämään keinoja erityisesti hermosairauksien ja luupuutosten hoitoon.
Lue lisää kantasolututkimuksesta >>> Kantasolu EKSTRA
Bioaktiivinen lasi
Bioaktiivinen lasi syntyi 1970-luvun alussa tuotekehityksestä, jolla paikattiin Vietnamin sodan veteraanien vakavia luupuutoksia. Se näyttää lasilta ja käyttäytyy kuin lasi, mutta ihmisen elimistössä se sulaa.
Bioaktiivista lasia käytetään tällä hetkellä muun muassa luukudospuutoksissa suukirurgiassa. Bioaktiivinen lasi on myös lupaava synteettinen luunsiirteiden korvike.
Bioaktiivista lasia käytetään nykyään myös pään ja kaulan alueen kirurgiassa ja sillä pystytään korvaamaan suuriakin puuttuvia kallonosia. Biomateriaali kiihdyttää samalla luun paikallista aineenvaihduntaa ja lisää uudisluun muodostusta.
Lääkeannostelu ja yhdistelmäimplantit
Kudoksissa hajoavien biomateriaalien kehitys jatkuu seuraavan sukupolven yhdistelmäimplantteihin. Biomateriaalista valmistettuun implanttiin liitetään biologista aktiivisuutta lisääviä molekyylejä - vaikkapa lääkeainetta tai kasvutekijöitä, joilla nopeutetaan parantumista tai kudoksen uusiutumista.
Lääkkeiden annostelutekniikalla voidaan myös parantaa niiden ominaisuuksia pidentämällä lääkkeen vaikutusaikaa ja optimoimalla lääkkeen pitoisuudet hoidon aikana.
Yhdistelmäimplanttien tavallisimmat yhdistelmät ovat lääkeaineen ja biomateriaali-implantin tai biomateriaali-implantin ja solujen yhdistelmät. Yhdistelmäimplantteja käytetään myös yksinomaan lääkkeen kohdennetun annostelun vuoksi. Tehokkain hoitovaikutus saadaan kuitenkin kirurgisen implantin ja siihen liitetyn aktiiviaineen yhteisvaikutuksen kautta. Potilas paranee perinteistä hoitoa nopeammin, kun esimerkiksi luunmurtuma korjataan biohajoavalla kiinnitysruuvilla, jossa on luutulehdusta ehkäisevää antibioottia tai luun kasvua vauhdittavaa kasvutekijää.
Yhdistelmäimplanteille voi keksiä lähes loputtomasti uusia, entistä tehokkaampia ja edistyneempiä sovellustapoja. Lääkeaineiden ja kasvutekijöiden lisäksi kudoksiin siirrettäviin implantteihin voi lisätä esimerkiksi kuvantamista helpottavia merkkiaineita tai elimistön toimintojen seuraamiseen suunniteltuja mittauskomponentteja.
Biohajoavat polymeerit
Biohajoavia polymeerejä käytetään kudosteknologiassa kudosten ja solujen tukirakenteina. Esimerkiksi haavanhoidossa biomateriaaleja voidaan käyttää palovammojen hoitoon. Haavan päälle asetettava biohajoava materiaali liuottuu terveen solukon kasvaessa ja kivuliasta haavasiteen poistamista ei tarvita. Biomateriaalien avulla palovamman paranemista ja uuden ihon kehittymistä voidaan myös edistää.
Mitä tarkoittaa bioaktiivisuus?
Bioaktiivinen materiaali on suunniteltu osoittamaan sellaisenaan tai luomaan olosuhteet sellaiseksi, että materiaalin ja isäntäkudoksen välillä on biologista aktiivisuutta. Tämä aktiivisuus ilmenee materiaalin ja kudoksen välissä erilaisina kemiallisina reaktioina, joiden seurauksena materiaalin ja kudoksen väliin syntyy biologinen sidos.
Esimerkiksi bioaktiivisen lasin pinta muodostaa erittäin lujan sidoksen luun kanssa. Titaani-implantin pinta voidaan käsitellä tietyllä metodilla sitten, että titaani-implantin ja ihon läpi menevään rajapintaan iho kasvaa kiinni estäen näin esimerkiksi bakteerien pääsyn rajapinnan kautta ympäröivään kudokseen ja/tai verenkiertoon.
Johtaja, professori Heimo Ylänen, Turun biomateriaalikeskus
Lue kaikki asiantuntijavastaukset > FAQ Biomateriaalit