Materiale compozite polimerice cu aplicații în medicină

In prima jumatate a acestui secol, cercetarile materialelor sintetizate din acid glycolic si alti acizi -hidroxi au fost abandonate pentru ca polimerii rezultati erau instabili pentru a fi utilizati in industrie pe termen lung. Totusi, tocmai instabilitatea lor- care a dus la biodegradare – s-a dovedit a fi extreme de importanta in aplicatiile medicale ale ultimelor 30 de ani.

Polimerii preparati din acid glycolic si acid lactic si-au gasit o multime de intrebuintari in industria medicala, incepand cu suturile biodegradabile acceptate pentru prima oara in anii 60.

De atunci, diversitatea produselor bazate pe acid lactic si glycolic- si pe alte materiale, incluzand poli(dioxanona), poli(carbonat de trimetilena) copolymer, si poli( -caprolactona) homopolimer si copolymer- au fost acceptate ca mijloace medicale. In plus fata de aceste mijloace se fac cercetari in continuare, in privinta polianhidridelor, poliortoeterilor, polifosfozene si alti polimeri biodegradabili.

A biodegradable intravascular stent prototype is molded from a blend of polylactide and trimethylene carbonate. Photo: Cordis Corp. Prototype Molded by Tesco Associates, Inc

De ce ar avea nevoie un medic de materiale degradabile? Dintr-o multitudine de motive, dar cel mai important consta in nevoia doctorului de a avea un produs care poate fi folosit ca implant, si nu va necesita a doua interventie chirurgicala pentru indepartare. In afara de asta biodegradarea ofera si alte avantaje de exemplu, un os fracturat, care a fost fixat cu ajutorul unui implant din otel rigid si nonbiodegradabil, are tendinta sa se fractureze din nou dupa indepartarea implantului. Pentru ca greutatea apasa pe implantul de otel, osul nu poate suporta sufficienta greutate in timpul procesului de vindecare. In schimb, un implant din polimer biodegradabil poate fi proectat sa se degradeze treptat, astfel incat sa transfere greutatea osului care se vindeca.

Structura chimica a polimerilor utilizati in medicina.

Polimerii biodegradabili pot fi naturali sau sintetici. In general, polimerii sintetici, ofera avantaje mai mari decat cei naturali in sensul ca pot fi conceputi pentru anumite proprietati. Polimerii sintetici reprezinta de asemenea o sursa de materie prima.

Criteriile de selectie pentru un polimer folosit ca biomaterial este sa corespunda proprietatilor mecanice si timpului de degradare in functie de aplicatii. Polimerul ideal

Polymer Melting Point (°C) Glass-Transition Temp (°C) Modulus (Gpa)a Degradation Time (months)b

PGA 225—230 35—40 7.0 6 to 12

LPLA 173—178 60—65 2.7 >24

DLPLA Amorphous 55—60 1.9 12 to 16

PCL 58—63 (—65)— (—60) 0.4 >24

PDO N/A (—10)— 0 1.5 6 to 12

PGA-TMC N/A N/A 2.4 6 to 12

85/15 DLPLG Amorphous 50—55 2.0 5 to 6

75/25 DLPLG Amorphous 50—55 2.0 4 to 5

65/35 DLPLG Amorphous 45—50 2.0 3 to 4

50/50 DLPLG Amorphous 45—50 2.0 1 to 2

a Tensile or flexural modulus.

b Time to complete mass loss. Rate also depends on part geometry.

Table I. Properties of common biodegradable polymers

Pentru o aplicatie anume ar trebui conceput astfel incat :

-sa aiba proprietati mecanice necesare aplicatiei dar sa ramana sufficient de puternic pana cand tesutul care-l inconjoara se vindeca;

-sa nu provoace o reactie toxica sau inflamatoare;

-sa fie metabolizat de organism, dupa atingerea scopului sis a nu lase nici o urma;

-sa poata fi data usor forma finala dorita;

-sa poata fi usor sterilizat.

Factorii care influenteaza performantele mecanice ale polimerilor biodegradabili sunt bine cunoscuti specialistilor si includ selectia monomerilor, conditiile proceselor si prezenta aditivilor. Acesti factori influenteaza pe rand hidrofilia, cristalinitatea,topirea si temperature de penetrare a sticlei, greutatea moleculara, distributia ei si prezenta monomerilor reziduali sau aditivilor. In plus oamenii de stiinta care lucreaza cu materiale biodegradabile trebuie sa evalueze fiecare din aceste variabile, in legatura cu efectul ei asupra biodegradarii.

Biodegradarea a fost posibila prin procesul de sinteza al polimerilor care au legaturi instabile.

Cele mai commune grupuri chimice cu aceste caracteristici sunt esterii, anhidridele, ortoeterii si amidele.

Polimerii sintetici biodegradabili sunt folositi sau cercetati in scopul utilizarii in cazul inchiderii ranilor, pentru dispozitive ortopedice de fixare, aplicatii dentare, aplicatii cardiovasculaare si intestinale. Majoritatea dispozitivelor biodegradabile sunt poliesteri compusi din homopolimeri si copolimeri de glicolide si lactide. Exista de asemenea dispozitive facute din copolimeri de trimetilen carbonat, -caprolactone si un produs de sutura facut din polydioxanone.

Poliglycolide (PGA). Cel mai simplu ester liniar aliphatic a fost utilizat pentru crearea primei suture sintetice complet absorbabile si a fost comercializat sub numele de dexon in anii 60, de catre Davis si Greck, Inc (Danbury, CT). Monomerul glicolid este sintetizat din dimerizarea acidului glycolic.