Compuși cu alginat folosiți în ingineria țesutului osos

Osul este un complex de țesuturi cu structură ierarhică, alcătuit din aproximativ 70% nanohidroxiapatită și 30% colagen. Pe lângă aceste componente mai conține și apă cu materie organică non-colagenică, dizolvată. Colagenul umed și aglomerările de cristale de hidroxiapatită se interpenetrează formând fibrile mineralizate la o scară de cateva sute de nanometri ( fig. 1).

Principalul rol al sistemului osului este de a asigura susținerea întregului organism, forța mecanică, reglarea pH-ului sanguin și menținerea în limite normale a calciului și fosfatului necesar proceselor metabolice. Defectele osoase sau fracturile pot proveni din diverse cauze precum: trauma, defecte congenitale, accidente motorii, osteoporoză, artrită, etc. Există însă tratamente, si anume: autogrefa (țesutul osos este recoltat de la pacient), alogrefa ( se utilizează țesut osos de la un donator uman) și xenogrefa ( se folosește țesut osos de la animale). Dezavantajul major al tehnicilor de autogrefă si alogrefă este insuficiența donatorilor și riscul de boli care pot fii transmise. În consecință, în prezent se acordă o atenție deosebită în cercetarea materialelor pentru ingineria osoasă pentru a rezolva probleme asociate cu tratamentele existente. Cercetătorii încearcă sa reconstruiască țesut osos artificial din anumite amestecuri de substanțe/ materiale ( polimeri, ceramică, metale, celule și factori de creștere) pentru ingineria de grefă osoasă care are ca scop restabilirea funcției osoase și regenerarea osului afectat. Factorii luați în calcul pentru construirea grefelor artificiale sunt:

1.Structura, funcția și proprietățile mecanice să fie asemănătoare osului sănătos;

2.Favorizarea adeziunii, proliferării si diferențierii celulară pentru regenerarea țesutului osos;

3.Folosirea biomaterialelor cu proprietăți regenerative ca alternativă la autogrefă și alogrefă.

Derivații naturali ai polizaharidelor precum chitina, chitosanul, alginatul sunt folosiți ca biomateriale în aplicațiile ingineriei de țesut osos. Polimerii naturali reprezintă în acest caz un avantaj, deoarece sunt biocompatibili, biodegradabili, non-toxici și se găsesc în abundență.

Alginatul este:

- unul dintre cele mai bune biomateriale cunoscut pentru proprietatea sa de a forma grefe foarte bune folosite în tratarea organelor afectate;

- alcătuit din acid guluronic și acid maluronic ( fig. 2);

- considerat a fi biocompatibil, non-toxic, non- imunogenic și biodegradabil.

- folosit în ingineria de țesut, dar și în industria alimentară ca și agent emulsifiant.

Figura 1. Structura osului

Figura 2. Structura chimică a alginatului

1.Prepararea alginatului

Alginatul este un biopolimer, extras din algele brune (Phaeophyceae) prin tratament cu soluție alcalină apoasă. Extractul este filtrat și clorura de calciu este amestecată cu soluția de alginat de sodiu pentru a precipita alginat. Sarea de alginat este transfoarmată în acid alginic prin tratament cu acid clorhidric diluat. Prin purificare se obține alginat de sodiu solubil (fig. 3). Alginatul astfel obținut, poate fi folosit sub formă de hidrogel, microsfere, microcapsule, bureți, spume și fibră, dar poate fi și prelucrat pentru obținerea grefelor de alginat.

Figura 3. Prepararea alginatului de sodiu

2.Proprietățile fizico-chimice ale grefelor de alginat

Materialele folosite pentru imbrăcarea alginatului sunt de obicei produse prin reticularea ionică a unei soluții de alginat cu ioni de calciu pentru a forma un gel, urmată de liofilizare pentru a obține foi poroase. Aceste materiale sunt capabile să rețină umezeala provocată de mediu prin absorbția și desorbția apei din geluri.