Изучение биоматериалов, предназначенных для медицинских целей

Развитие прогрессивных CAD/CAM технологий, а также использование современных пресс-материалов и новых подходов литья позволили изготавливать более прочные, и в то же время минимально инвазивные конструкции с отличными эстетическими характеристиками. Это способствовало разработке оптимального безметаллового керамического материала, адаптированного к специфическим условиям лечения, поскольку новые представители стоматологической керамики значительно устойчивее своих предшественников, гораздо более просты в использовании, и в большей мере универсальны.

Тем не менее, выбор соответствующего керамического материала зависит от условий клинической ситуации и от техники его использования. К сожалению, огромный объем противоречивой информации в разрезе показаний к использованию разных керамических материалов смущает врачей относительно того, какой же именно материал лучше выбрать для той или иной конструкции в конкретном клиническом случае. Понимание принципов классификации, знание состава и характеристик разных керамических материалов поможет стоматологам и техникам не только не путаться в выборе материала, но быть точно уверенным в правильности своего решения.

6.1 Состав, характеристики и классификация

Керамика является неорганическим неметаллическим твердым веществом, получаемым в ходе нагрева его компонентов под действием высоких температур и последующего их охлаждения. В состав керамики входят нитриды, карбиды, оксиды металлов, бориды, а также разные комбинации и смеси этих компонентов. Таким образом, материал, именуемый керамикой, на самом деле не является таковым по определению, если он создан с помощью какого-либо другого метода обработки или имеет в своем составе дополнительные органические компоненты.

Керамические материалы имеют кристаллическую или частично кристаллическую структуру, но могут быть и аморфными (например, как стекло). Поскольку большинство стоматологических керамических материалов в своем составе имеют, по крайне мере, несколько кристаллических компонентов, то некоторые авторы определяют керамику как неорганическую кристалл-содержащую субстанцию, то есть, исключая данным определением некристаллическое стекло, которое, однако, по сути своего производства является именно керамикой.

Стоматологические керамические материалы, как правило, классифицируются по своей микроструктуре, что облегчает научное понимание их состава и химической природы, но, по правде говоря, это мало помогает стоматологам или техникам в выборе подходящего материала для конкретной клинической ситуации. Метод обработки керамики существенно влияет на ее механические свойства и, следовательно, на возможность использования материала в разных клинических случаях. Таким образом, только комплексно классифицируя стоматологические керамические материалы, как на основе их состава, так и методов их производства и обработки, можно обеспечить условия для оценки клинических параметров их применения в каждой конкретной ситуации. Представленная ниже классификация построена на одном принципе: использование керамических масс для разных конструкций - от наиболее консервативных/наименее инвазивных (с максимальным сохранением естественной структуры зуба) - до наименее консервативных/наиболее инвазивных (с минимальным сохранением тканей зуба). Данная категоризация материалов также учитывает ранее опубликованную классификацию, в которой упоминались как стеклокерамика, так и несколько совсем новых и прогрессивных материалов, которые только вышли на рынок.

6.2 CL-I (порошок/жидкость)

Класс I (CL-І) включает в себя порошкообразные и жидкие виды керамических материалов, состоящих из частиц диоксида кремния, погруженных в стекловидную матрицу с варьируемым количеством кристаллической фазы в этой матрице (например, Creation Porcelain, Jensen Dental; Ceramco 3, DENTSPLY International; EX-3, Kuraray Noritake Dental, Inc.). Группа CL-I также включает представителей полевошпатной керамики, называемой так потому, что она первоначально изготавливалась из полевого шпата (алюмосиликата, содержащим в своем составе некое количество калия, натрия, бария или кальция). Несколько вариантов полевошпатных керамических материалов доступны на рынке и сегодня (например, VITA VM 13, VITA Zahnfabrik; Vintage Halo, Shofu) (рисунок 5-7).

Рисунок 5 - Вид до препарирования (клинический случай изготовления винира из полевошпатной керамики - материал группы CL-I)

Рисунок 6 - Вид после препарирования (клинический случай изготовления винира из полевошпатной керамики - материал группы CL-I)

Рисунок 7 - Вид после фиксации конструкции (клинический случай изготовления винира из полевошпатной керамики - материал группы CL-I)

Материалы группы CL-I изготавливаются вручную (рисунок 8) и относятся к группе материалов, используемых при наиболее консервативных конструкциях. Они, как правило, являются наиболее прозрачными керамическими материалами, но вместе с тем и наиболее хрупкими. С учетом степени их прозрачности они являются идеальным вариантом выбора в случаях восстановления коронок с достаточно большим количеством остаточной эмали и относительно хорошо сохраненной структурой зуба (при сохранении ?50% объема эмали, или когда область фиксации как минимум на 50% состоит из эмали, или когда 70% маргинальных краев представлены эмалью, но не дентином). Полевошпатные керамические реставрации, фиксирующиеся на эмали, доказали свою успешность и долговечность в ходе многих клинических исследований. Представители этой группы материалов демонстрируют не только высокие эстетические показатели, но и отличные рабочие характеристики, являются довольно удобными для использования в качестве тонкого слоя, наносимого непосредственно на структуру эмали, а также считаются оптимальными для неметаллических конструкций. Материалы CL-I требуют толщины слоя в 0,2-0,3 мм для обеспечения нужного оттенка реставрации.

Рисунок 8 - Ручное нанесение полевошпатной керамики.

Рисунок 9 - Вид до препарирования: необходимость коррекции эстетического вида фронтальных зубов (клинический случай изготовления винира из полевошпатной керамики - материал группы CL-I)

Рисунок 10 - Вид после фиксации конструкций (клинический случай изготовления винира из полевошпатной керамики - материал группы CL-I)

Этот класс материалов, как правило, используется при восстановлении передних зубов, но также в некоторых случаях может использоваться и для реставраций на премолярах, а в редких случаях - и на молярах. Риск их излома довольно низок при адекватной функциональной нагрузке.

Материалы группы CL-І обладают отличными эстетическими характеристиками, но являются недостаточно прочными. И хотя все виды керамических материалов более резистентны к компрессионным нагрузкам, чем к растяжению и деформации на сдвиг, но если риск возникновения чрезмерных нагрузок минимален, а эстетика требует лучшего - можно использовать более слабые, но более оптически подходящие материалы из первых двух групп.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Традиционно основными требованиями, предъявляемыми к биоматериалам, являются нетоксичность и высокая механическая прочность. Если сто лет назад биоматериалы развивались методом проб и ошибок, то в настоящее время принят более осторожный подход. Недостатком многих медицинских устройств является недостаточно длительный срок работы. Современные исследования основаны на попытках получить желательную реакцию живой ткани на биоматериал. Такие разработки позволяют создать медицинские устройства, восстанавливающие или заменяющие больные ткани и органы. Сложность подобных работ состоит в изменении окружающей биологической среды при болезни, что затрудняет успешное оперативное вмешательство. Разработка новых медицинских устройств, биоматериалов и тканей, несомненно, будет играть все более важную роль в лечении болезней. Будущее развитие биоматериалов явится результатом совместных усилий материаловедов, биологов и врачей. Вероятно, новые биоматериалы будут сильно отличаться от биоматериалов прошлого. Они станут намного более интеллектуальными в том смысле, что будут взаимодействовать с биосредой, способствуя восстановлению физиологических функций организма и живых тканей. Окончательной целью лечения будет восстановление здоровой ткани и исчезновение остатков имплантированного биоматериала.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Артамонова, О.В. Спекание нанопорошков и свойства керамики в системе ZrO2-In2O3 / О.В. Артамонова, О.В. Альмяшева, И.Я. Миттова // Перспективные материалы. - 2009. - № 1. - С.91-94.

2. Бухарова, Т.Б. Тканеинженерная конструкция на основе пористых керамических 3D-носителей и мультипотентных стромальных клеток для восстановления дефектов костной ткани / Т.Б. Бухарова, Т.Х. Фатхудинов, Д.В. Голдштейн // Клеточные технологии в биологии и медицине. - 2009. - № 1. - С.38-47.

3. Дорожкин, С.В. Биоматериалы: обзор рынка / С.В. Дорожкин, С. Агатопоулус // Химия и жизнь - XXI век. - 2002. - № 2. - С.8-10.

4. Дубок, В.А. Новое поколение биоактивных керамик - особенности свойств и клинические результаты / В.А. Дубок, В.В. Проценко, А.В. Шинкарук // Ортопед., травматол. и протезир. - 2008. - № 3. - С.91-95.

5. Колмаков А.Г., Баринов С.М., Алымов М.И. Основа технологий и применение наноматериалов. - М. - 2012.

6. Корж, Н.А. Имплантационные материалы и остеогенез. Роль биологической фиксации и остеоинтеграции в реконструкции кости / Н.А. Корж, Л.А. Кладченко, С.В. Малышкина // Ортопед., травматол. и протезир. - 2005. - № 4. - С.118-127.

7. Татаренко-Козмина, Т.Ю. Влияние гидроксиапатита в составе биостабильных композитов на заселение и пролиферацию мезенхимальных стволовых клеток / Т.Ю. Татаренко-Козмина, Ю.И. Денисов-Никольский, А.И. Воложин // Клеточные технологии в биологии и медицине. - 2007. - № 2. - C.83-87.

8. Хахалкин, В.В. Влияние температуры горячего прессования на фазовый состав и параметры кристаллической структуры высокодисперсной порошковой системы ZrO2-MgO / В.В. Хахалкин, С.Н. Кульков // Перспективные материалы. - 2010. - № 2. - C.98-102.

9. Эппле, М. Биоматериалы и биоминерализация. - Томск - 2007.

10. Bayazit, V. Evaluation of bioceramic materials in biology and medicine / V. Bayazit, M. Bayazit, E. Bayazit // Digest J. Nanomater Biostruct. - 2010. - №7. - Р.211-222.

11. Burdick, JA. Biomaterials for Tissue Engineering Applications. / JA. Burdick, RL. Mauck // A Review of the Past and Future Trends. Springer-Verlag, N. Y. - 2011.

12. De Aza, PN. Crystalline bioceramic materials / PN. De Aza, AH. De Aza, S. De Aza // Bol Soc Esp Ceram Vidr. - 2005. - №44. - Р.135-145.

13. Герман Дж., Либовиц Г. Механика разрушения кости: Т. 7 // Разрушение. М. - 1976. - С. 392-463.

14. Гордеев, Ю.И. Конструирование и исследование твердосплавных и керамических композитов, модифицированных наночастицами / Ю.И. Гордеев, А.К. Абкарян, Г.М. Зеер // Перспективные материалы. - 2012. - № 5. - С.76-87.

15. Калатур, Е.С. Деформационное поведение пористых керамик, получаемых из высокодисперсных порошков / Е.С. Калатур, С.П. Буякова, С.Н. Кульков // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. -и2011. - Т.8. - № 4. - С.95-98.

16. Михайлина, Н.А. Керамика на основе тетрагонального диоксида циркония для реставрационной стоматологии / Н.А. Михайлина, Л.И. Подзорова, М.Н. Румянцева // Перспективные материалы. - 2010. - № 3. - С.44-48.

17. Хлусов, И.А. Пилотное исследование in vitro параметров искусственной ниши для остеогенной дифференцировки пула стромальных стволовых клеток человека / И.А. Хлусов, М.Ю. Хлусова, К.В. Зайцев // Клеточные технологии в биологии и медицине. - 2010. - № 4. - С.216-224.

18. Большой Российский энциклопедический словарь. М. - 2003.

19. Крысин, А.П. Толковый словарь иноязычных слов. М. - 2007.

20. Bayazit, V. Evaluation of bio-ceramic materials in biology and medicine / V. Bayazit, M. Bayazit, E. Bayazit // Digest J. Nanomater Biostruct. - 2010. - №7. Р.211-222.

21. Кирилова, И.А. Новые виды материалов для костной пластики в свете современных представлений о костных трансплантатах / И.А. Кирилова, Н.Г. Фомичев, В.Т. Подорожная // Хирургия позвоночника. - 2007. - № 2. - С. 66-70.

22. De Long, WG. Bone grafts and bone graft substitutes in orthopaedic trauma surgery / WG. De Long, TA. Einhorn, K. Koval // A critical analysis. J Bone Joint Surg Am. - 2007. - №89. - Р.649-658.

23. Nandi, SK. Orthopaedic applications of bone graft & graft substitutes: a review / SK. Nandi, S. Roy, P. Mukherjee // Indian J. Med Res. - 2010. - №132. - Р.15-30.

24. Карбань, О.В. Наследственность и модификация наноструктурной керамики ZrO2 в процессе изготовления / О.В. Карбань, Е.Н. Хазанов, О.Л. Хасанов // Перспективные материалы. - 2010. - № 6. - С.76-85.

25. Кульков, С.Н. Фазовый состав и особенности формирования структуры на основе стабилизированного диоксида циркония / С.Н. Кульков, С.П. Буякова // Российские нанотехнологии. - 2007. - Т.2. - № 1-2. - С.119-132.

26. Слюсарь, А.А. Комплексные разжижающие добавки, снижающие теплопроводность керамических изделий / А.А. Слюсарь, О.А. Слюсарь, Н.М. Здоренко // Перспективные материалы. - 2012. - № 6. - С.84-86.

27. Слюсарь, А.А. Комплексные разжижающие добавки для керамических шликеров / А.А. Слюсарь, О.А. Слюсарь, Н.М. Здоренко // Стекло и керамика. - 2009. - № 8. -С.29-30.

28. Хахалкин, В.В. Влияние температуры горячего прессования на фазовый состав и параметры кристаллической структуры высокодисперсной порошковой системы ZrO2-MgO / В.В. Хахалкин, С.Н. Кульков // Перспективные материалы. - 2010. - № 2. - C.98-102.

29. Баринов С.М. Керамические и композиционные материалы на основе фосфатов кальция для медицины // Успехи химии. - 2010. - Т.79. - №1. - С.15-32.

30. Burdick, JA. Biomaterials for Tissue Engineering Applications. A Review of the Past and Future Trends / JA. Burdick, RL. Mauck // Springer-Verlag. - 2011.

31. Берченко, Г.Н. Сравнительное экспериментально-морфологическое исследование влияния некоторых используемых в травматолого-ортопедической практики кальцийфосфатных материалов на активизацию репаративного остеогенеза / Г.Н. Берченко, Г.А. Кесян, Р.З. Уразгильдеев // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра СО РАМН. - 2006. - № 4. - С.327-332.

32. Кирилова, И.А. Новые виды материалов для костной пластики в свете современных представлений о костных трансплантатах / И.А. Кирилова, Н.Г. Фомичев, В.Т. Подорожная // Хирургия позвоночника. - 2007. - №2. - С.66-70.

33. Корж, Н.А. Имплантационные материалы и остеогенез. Роль биологической фиксации и остеоинтеграции в реконструкции кости / Н.А. Корж, Л.А. Кладченко, С.В. Малышкина // Ортопед., травматол. и протезир. - 2005. - №4. - С.118-127.

34. Эппле М. Биоматериалы и биоминерализация. - Томск. - 2007.

35. Ямскова, В.П. К вопросу о механизмах, лежащих в основе процессов восстановления и репарации в тканях / В.П. Ямскова, М.С. Краснов, И.А. Ямсков // Клеточные технологии в биологии и медицине. - 2010. - №1. - C.32-36.

36. De Long, WG. Bone grafts and bone graft substitutes in orthopaedic trauma surgery. A critical analysis. / WG. De Long, TA. Einhorn, K. Koval // J. Bone Joint Surg Am. - 2007. - №89. - Р.649-658.

37. Nandi, SK. Orthopaedic applications of bone graft & graft substitutes: a review. / SK. Nandi, S. Roy, P. Mukherjee // Indian J. Med Res. - 2010. - №132. Р.15-30.

38. Алексеева, И.С. Клинико-экспериментальное обоснование использования комбинированного клеточного трансплантата на основе мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток жировой ткани у пациентов с выраженным дефицитом костной ткани челюстей / И.С. Алексеева, А.В. Волков, А.А. Кулаков // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. - 2012. - Т.7. - №1. - С.97-105.

39. Mac-Thiong. Neurological Outcome and Management of Pedicle Screws Misplaced Totally Within the Spinal Canal / Mac-Thiong, Jean-Marc // Spine. - 01 February 2013 -V.38. - Issue 3 - Р.229-237.

40. Xia, Xiao-Peng. Prevalence of Adjacent Segment Degeneration After Spine Surgery: A 15Systematic Review and Meta-analysis / Xiao-Peng. Xia, Hong-Lin. Chen, Hong-Bin. Cheng // Spine. - 01 April 2013 -V.38 -Issue 7. - Р.597-608.

41. Kim, Chi Heon. Reoperation Rate After Surgery for Lumbar Herniated Intervertebral Disc Disease: Nationwide Cohort Study / Chi Heon. Kim, Chun Kee. Chung // Spine. - 01 April 2013. - V.38. - Issue 7. - Р.581-590.

42. Hench, L. Bioceramics / L. Hench // J. Amer. Ceram. Soc. - 1998. - Vol.81. - №7. - P. 1705-1728.

43. Вересов, А.Г. Достижения в области керамических биоматериалов / А.Г. Вересов, В.И. Путляев, Ю.Д. Третьяков // Рос. хим. журн. - 2000. - T.94. - №6. - Ч.2. - С.32-46.

44. Быков В.Л. Цитология и общая гистология. СПб.: СОТИС. - 1999. - С.520.

45. Suchanek, W. Processing and properties of hydroxyapatite-based biomaterials for use as hard tissue replacement implants / W. Suchanek, M. Yashimura // J. Mater. Res. - 1998. - V.13. - №1. - P.94-117.

46. Hench, L. Bioceramics / L. Hench // J. Amer. Ceram. Soc. - 1998. - V.81. - №7. - P. 1705-1728.

Размещено на Allbest.ru