Σε όλες τις ιατρικές επεμβάσεις που απαιτείται η εισαγωγή εμφυτεύματος, το υλικό και οι ιδιότητες του είναι καθοριστικοί παράγοντες για την υγεία και την αποκατάσταση του ασθενούς. Ανάλογα με τις ανάγκες τις επέμβασης, το εμφύτευμα έχει τις ανάλογες ιδιότητες.
Κυριότερα χαρακτηριστικά που έχει ένα εμφύτευμα
Υπάρχουν πολύ λόγοι για τους οποίους κάποιος άνθρωπος θα χρειαστεί ένα εμφύτευμα στο σώμα του. Οι λόγοι μπορεί να είναι αισθητικής φύσης ή να αποτελούν επιτακτική ανάγκη για τη ζωή του. Σε κάθε περίπτωση όμως, το εμφύτευμα πρέπει να έχει πολύ συγκεκριμένες προδιαγραφές. Η κυριότερη απαίτηση είναι η βιοσυμβατότητα. Το εμφύτευμα πρέπει να είναι αποδεκτό από το σώμα και να μην διεγείρει το ανοσοποιητικό του ασθενή.
Ανάλογα με τη λειτουργία που θα επιτελεί το εμφύτευμα, πρέπει να έχει καθορισμένες μηχανικές ιδιότητες. Σίγουρα πρέπει να είναι σχετικά ελαφρύ και να μην εμποδίζει τον ασθενή στην καθημερινότητα του. Στις ορθοπεδικές επεμβάσεις συνήθως απαιτούνται υλικά ανθεκτικά στις μηχανικές καταπονήσεις, που το επιβαρύνουν κατά την κίνηση του εκάστοτε οστού. Έτσι κρίσιμοι παράγοντες είναι το μέτρο ελαστικότητας του υλικού και η δυσθραυστότητά του. Σε όλες τις περιπτώσεις όμως σημαντική είναι και η αντοχή στη χημική διάβρωση από το αίμα και άλλα υγρά του σώματος. Τέλος εξίσου σημαντική είναι η αποφυγή της προσκόλλησης αιμοπεταλίων πάνω στο υλικό,καθώς κάτι τέτοιο μπορεί να οδηγήσει σε πληθώρα προβλημάτων όπως ο σχηματισμός θρόμβου κ.ο.κ.
Συνήθως τα περισσότερα από τα ανωτέρω κριτήρια -ιδίως αυτά που αφορούν τις μηχανικές ιδιότητες- τις πληροί το τιτάνιο. Το τιτάνιο είναι το πιο δημοφιλές υλικό για την κατασκευή ορθοπεδικών εμφυτευμάτων στα οποία απαιτούνται εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες για να συγκροτούν οστά,μύες και τένοντες μεταξύ τους.
Η εισαγωγή ενός σωματιδίου στο αίμα, προκαλεί τη λεγόμενη ωψονινοποιήση. Πρόκειται για τη διαδικασία κατά την οποία πρωτεΐνες και σωμάτια του αίματος περικυκλώνουν τον “εισβολέα” ώστε να γίνει αντιληπτός από το ανοσοποιητικό σύστημα και να εξουδετερωθεί. Προφανώς σε ένα εμφύτευμα η διάβρωση και η “εξουδετέρωση” πρέπει με κάποιο τρόπο να αποφευχθεί. Αυτό φαίνεται πώς μπορεί να επιτευχθεί από τα λεγόμενα υπερ-αιμόφοβα υλικά!
Υπερ-αιμόφοβα εμφυτεύματα
Τα υπεραιμόφοβα υλικά κατά αντιστοιχία με τα υπερυδρόφοβα είναι νέα καινοτόμα υλικά που απωθούν το αίμα! Πρόκειται δηλαδή για μέσα που δεν απορροφούν το αίμα ή το πλάσμα του αίματος. Αυτό φυσικά οδηγεί στην αποφυγή δημιουργίας θρόμβου αλλά και της διάβρωσης του εμφυτεύματος από το αίμα και τα συστατικά του.
Οι επιστήμονες S.Movafaghi,K.C. Popat, Arun K. Kota και η υπόλοιπη ερευνητική τους ομάδα, από το Κολοράντο ανέπτυξαν εμφυτεύματα τιτανίου με ειδικά διαμορφωμένη υπερ-αιμόφοβη επιφάνεια.Γενικά, μια επιφάνεια χαρακτηρίζεται υδρόφοβη όταν η γωνία επαφής μιας σταγόνας (γωνία Young) είναι μεγαλύτερη της ορθής δηλαδή ισχύει θ>90°. Στην περίπτωση αυτή σε μια επιφάνεια σχηματίζονται σταγόνες από το υγρό που προσπίπτει πάνω της,χωρίς απορρόφηση. Αντίστοιχα, σύμφωνα με το άρθρο του S. Movafaghi και της ομάδας του, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Health Materials, εάν η γωνία Young του αίματος με μια επιφάνεια είναι μεγαλύτερη από 90 μοίρες, η επιφάνεια χαρακτηρίζεται αιμόφοβη. Μάλιστα υπό ορισμένες συνθήκες η επιφάνεια καθίσταται όχι μόνο αιμόφοβη, αλλά υπεραιμόφοβη δηλαδή όχι μόνο δεν απορροφά αλλά και απωθεί το αίμα.
Υπεραιμόφοβη επιφάνεια εμφυτεύματος στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.Αριστερά δείγμα με νανοσωλήνες. Δεξιά δείγμα με νανολουλούδια. Πηγή:http://source.colostate.edu/wp-content/uploads/2017/01/Nanotubes-platelet.jpg,http://source.colostate.edu/surface-tension-can-sort-droplets-for-biomedical-applications
Για την επίτευξη της αιμοφοβικότητας και υπεραιμοφοβικότητας, η επιφάνεια του εμφυτεύματος τροποποιείται χημικά με χρήση πολυαιθυλενογλυκόλης (PEG) ή φθορίου αντίστοιχα. Με τη χρήση φθορίου οι επιστήμονες δημιούργησαν τραχύτητα στην επιφάνεια του υλικού που απαρτίζεται από νανοσωλήνες και την καθιστά υπεραιμόφοβη. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι επιστήμονες ανέπτυξαν και δείγματα τιτανίου η μορφολογία των οποίων στην νανοκλίμακα αποτελούνται από “νανολουλούδια“. Τα δείγματα αυτά ήταν μεν υπεραιμόφοβα, χαρακτηρίζονταν όμως από ενεργοποίησή των αιμοπεταλίων και δημιουργία συσσωματωμάτων. Αντίθετα η μορφολογία των δειγμάτων που χαρακτηριζόταν από νανοσωλήνες δεν είχε τέτοια επίδραση και γι’αυτό θεωρείται η καταλληλότερη.
Η καινοτομία των υπεραιμόφοβων εμφυτευμάτων τιτανίου αποτελεί ένα σημαντικό βήμα προς τη βελτιστοποίηση των ιατρικών εμφυτευμάτων. Και αυτό διότι, ανοίγεται ο δρόμος για την πρόληψη του σχηματισμού των θρόμβων μέσω της γεωμετρίας της επιφάνειας στη νανοκλίμακα χωρίς της χρήση ισχυρών αντιθρομβωτικών φαρμάκων.
