Медицинский имплантационный материал – PEEK (полиэфирэфиркетон)

Известно, что человеческое тело предъявляет очень высокие требования к материалам для имплантации. Долгое время металлы были основным выбором для имплантатов. Уже в 16 веке тонкие листы чистого золота использовались для восстановления дефектов черепа. В последние годы, с быстрым развитием материаловедения, медицинские полимерные материалы постепенно стали самыми широко используемыми и востребованными. PEEK (Полиэфирэфиркетон), как новый тип материала для медицинских имплантатов, выделился среди множества медицинских материалов благодаря своим превосходным свойствам и все чаще используется в таких областях, как ортопедия, кардиохирургия и искусственные позвоночники.

1, Превосходные характеристики: материал, максимально близкий к кости

Биосовместимость – это основной фактор, определяющий, подходит ли материал для имплантации в организм человека. Материал должен быть нетоксичным, немутагенным, неканцерогенным и неаллергенным. Имплантационный PEEK прошел комплексные тесты на биосовместимость в независимых зарубежных тестирующих институтах в строгом соответствии со стандартами ISO 10993. Результаты показывают, что имплантационный PEEK обладает отличной биосовместимостью без негативных эффектов.

Известный закон Вольфа гласит, что кость растет там, где это необходимо, и рассасывается там, где это не нужно, то есть рост, рассасывание и ремоделирование костей связаны с состоянием нагрузки на кость. Поскольку модуль упругости металлов значительно выше, чем у кости, при имплантации металла в тело он принимает на себя основную часть механической нагрузки, снижая нагрузку на кость и создавая эффект экранирования стресса. Это замедляет заживление костей, и со временем кость становится пористой или даже дегенерирует. В отличие от этого, модуль упругости PEEK очень близок к костной ткани, что позволяет кости нести больше нагрузки, поддерживая ее здоровье.

Кроме того, по сравнению с металлами, PEEK является рентгенопрозрачным, обеспечивая хорошую видимость на рентгеновских снимках. Рентгеновские снимки не показывают артефактов, что позволяет проводить операции под контролем КТ или МРТ, помогая врачам корректировать положение имплантата во время операции и легко отслеживать процесс заживления после операции, эффективно контролируя рост и восстановление костной ткани.

2, Восстановление черепа: избегание дискомфорта холодной зимой и жарким летом

Чтобы лучше восстановить целостность черепа и эффективно защитить мозговую ткань, нейрохирурги долго искали материал, который бы лучше всего соответствовал характеристикам черепа для его восстановления. Исследователи обнаружили, что на сегодняшний день PEEK является клиническим материалом для восстановления черепа, который по своим свойствам наиболее близок к человеческой кости.

По сравнению с широко используемыми титановых сплавами, физические свойства PEEK ближе к костной ткани человека. Он прочен и исключает риск деформации под давлением. Его теплоизоляционные свойства помогают избежать дискомфорта в холодное время года и жаркое лето. В то время как титановые сплавы хорошо проводят тепло, это становится недостатком для пациентов. При воздействии внешних температурных изменений окружающая среда внутри черепа также изменяется, что влияет на комфорт. Например, зимой, когда пациент переходит из теплого помещения на холодную улицу, высокая теплопроводность титановой пластинки черепа может вызвать дискомфорт или боль. Теплоизоляционные свойства PEEK избегают такого дискомфорта, связанного с титановой сеткой, при колебаниях температуры.

В Провинциальной больнице Ганьсу успешно использовали PEEK при операции по восстановлению дефекта черепа. По словам Яна Ювэня, директора нейрохирургического отделения больницы, PEEK устраняет недостатки традиционных материалов для восстановления черепа, таких как акрил, костный цемент и титановые сплавы, которые часто вызывают сильное отторжение, плохую форму, слабую теплоизоляцию и дискомфорт, а также низкую прозрачность на рентгеновских снимках после операции. Кроме того, PEEK избегает дискомфорта, вызванного температурными изменениями. С помощью 3D-печати PEEK можно точно сформировать, обеспечивая отличную биосовместимость, а его механические свойства близки к костной ткани человека. Ожидается, что этот новый материал станет предпочтительным для операций по восстановлению черепа.

3. Восстановление позвоночника: уменьшение вероятности осложнений

В последние годы в Китае все чаще встречаются заболевания поясничного и шейного отделов позвоночника, причем эта тенденция распространяется и на более молодых людей. Число пациентов с заболеваниями поясничного отдела превысило 200 миллионов, также около 200 миллионов пациентов страдают от заболеваний шейного отдела. В случае дегенеративных заболеваний позвоночника врачи рекомендуют удалить поврежденный межпозвоночный диск и имплантировать устройство под названием "межтеловая клетка".

Межтеловая клетка обеспечивает костное соединение между смежными позвонками для лечения хронической боли в спине, вызванной заболеваниями дисков или нестабильностью позвоночника. В сентябре 1996 года FDA США официально одобрила использование межтеловых клеток для операций по сращиванию поясничного отдела позвоночника. В Китае операции по замене искусственного диска были введены около 2003 года.

В настоящее время наиболее распространенными типами межтеловых клеток в Китае являются устройства, изготовленные из титановых сплавов или PEEK. Из-за высокого модуля упругости титановых сплавов послеоперационное экранирование стресса часто вызывает замедленное сращивание, что приводит к увеличению использования клеток из PEEK в последние годы. Межтеловые клетки из PEEK совместимы с рентгеновскими и МРТ-исследованиями, а их низкий модуль упругости позволяет избежать осложнений с аутотрансплантатами и дефектов с аллотрансплантатами.

Доктор Шан Пэн из Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук пояснил, что модифицированный PEEK обладает еще более высокими характеристиками. Путем перекрестного связывания с коллагеном типа I можно улучшить гидрофильность поверхности и адгезию клеток к PEEK, что делает модифицированный материал более биосовместимым и способствующим костной фузии по сравнению с немодифицированными материалами.

4. Лечение переломов: уменьшение вероятности повторных переломов

В 1895 году металлические пластины впервые использовались для внутренней фиксации при лечении переломов, однако проблема коррозии оставалась актуальной. Введение нержавеющей стали решило эту проблему, но возникла проблема экранирования стресса. Пластины с высоким модулем упругости блокируют необходимые внешние нагрузки, что приводит к слабости и пористости кости. После удаления пластины и возвращения кости к несущей нагрузке она не может адаптироваться к изменившейся нагрузочной среде, что приводит к повторным переломам. PEEK, напротив, обладает лучшей прочностью на изгиб, не подвергается влиянию предварительной обработки и термоформования, а также имеет хорошую совместимость с тканями, что позволяет фиксирующей пластине лучше прилегать к кости пациента.

Кроме того, якоря для швов из PEEK широко используются в спортивной медицине, в основном для лечения разрывов ротаторной манжеты или связок, а также других повреждений суставов. Традиционные металлические якоря могут вызывать такие осложнения, как ослабление, смещение и повреждение хряща, а использование высокопрочных швов увеличивает нагрузку на соединение якоря и шва, что повышает риск повреждения в этой зоне. Якоря для швов из PEEK избегают этих проблем. По сравнению с рассасывающимися якорями, PEEK обладает большей прочностью и прозрачностью на рентгеновских снимках, исключая наличие металлических артефактов на изображениях после операции, а его модуль упругости находится между кортикальной и губчатой костью, что снижает экранирование стресса и способствует заживлению костной ткани.

5. Зубные имплантаты: обеспечение большего комфорта для пациентов

Благодаря своей отличной химической стабильности и устойчивости к большинству химических реагентов, PEEK все чаще используется в стоматологии. Материалы PEEK в основном применяются в компонентах зубных имплантатов, таких как временные абатменты, заживляющие колпачки и заживляющие абатменты. В отличие от широко используемых материалов, таких как металл, цирконий и алюминий, PEEK не требует синтерования, что делает его более точным; его низкая плотность и легкость обеспечивают больший комфорт для пациентов. Мягкость материала действует как амортизатор, уменьшая удар во время укуса.

Недостатки PEEK как медицинского имплантата:

Сложное производство - Процесс производства PEEK относительно сложен, требует высоких температур и высокого давления, что может увеличить производственные затраты.

Высокая стоимость - По сравнению с другими материалами, такими как титановые сплавы, PEEK более дорогой, что может повлиять на общую стоимость операции.

Низкий уровень клинического принятия - Поскольку PEEK был введен в медицинскую практику позже, его уровень клинического использования все еще низок. Врачи больше привыкли использовать титановые материалы, поэтому клиническое применение PEEK пока не широко распространено. Для более широкого принятия необходимо больше клинического опыта и обмена знаниями.