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Force tendançante des biomatériaux résorbables
 

Force tendançante des biomatériaux résorbables

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Sutures ont été utilisés pendant des milliers d'années pour l'intervention médicale, avec les premiers matériaux étant le lin ou l'intestin de chat.

Les sutures utilisées aujourd'hui sont maintenant classées par deux catégories différentes, d'abord par composition, soit par des matériaux naturels ou synthétiques, et par absorption, non résorbables ou résorbables. Les matériaux résorbables se dégradent dans le corps principalement par dégradation programmée causée par l'interaction de l'eau avec des groupes chimiques spécifiques dans la chaîne de polymère. Ainsi, ces matériaux sont utilisés pour maintenir une plaie ensemble pendant une période assez longue pour la guérison sans avoir besoin d'enlèvement.

Dans cette vidéo, nous discuterons des mécanismes qui sous-tendent la dégradation des matériaux résorbables et démontrerons comment évaluer le changement de force des matériaux au fil du temps lorsqu'ils sont exposés à différents environnements.

Les matériaux résorbables se dégradent principalement dans le corps par la dégradation oxydative, hydrolytique et enzymatique. Les matériaux peuvent subir une oxydation in vivo lorsque le corps réagit à l'objet étranger et libère des espèces oxydantes pour l'attaquer. L'effet oxydant sur les polymères peut provoquer une scission des chaînes et contribuer à la dégradation. Dans la dégradation hydrolytique, l'eau attaque les liaisons sensibles dans le polymère pour générer des oligomères et enfin des monomères.

Les polyesters comme la polydioxanone sont couramment utilisés comme matériaux résorbables parce que le groupe ester est facilement dégradé par hydrolyse. Une fois le matériau implanté, il commence à absorber l'eau. La scission hydrolytique commence alors partout où le matériau est en contact avec l'eau. Les matériaux hydrophiles absorbent plus d'eau, et donc se dégradent plus rapidement tout au long. Cependant, les matériaux hydrophobes absorbent l'eau plus lentement et ont tendance à se dégrader de l'extérieur.

Les enzymes dans le corps catalysent diverses réactions et ainsi, catalysent la dégradation hydrolytique des matériaux aussi bien. La réaction d'hydrolyse est catalysée par des enzymes appelées hydrolases qui peuvent augmenter le taux de dégradation hydrolytique jusqu'à 10 fois. Au fur et à mesure que le matériau se dégrade, les propriétés mécaniques du matériau changent également.

Jetons un coup d'oeil à la façon d'analyser le changement de la force des matériaux résorbables au fil du temps en raison de la dégradation hydrolytique dans les environnements acides, neutres et alcalins.

Pour cette expérience, obtenir deux types de sutures résorbables. Ici, nous utilisons du polyglyconate et de la polydioxanone.

Préparer six tubes d'échantillon de bouchon de vis chacun étiqueté avec la date, le type d'échantillon et la solution dans laquelle l'échantillon sera placé. Il devrait y avoir un acide, un alcalin, et une solution neutre pour chaque type d'échantillon. Ici, nous montrons un de chaque échantillon. Cependant, vous devez préparer trois échantillons de chaque type de suture pour chaque point de temps.

Ensuite, ouvrez l'emballage de suture et retirez la suture. Couper l'aiguille de la suture et l'éliminer dans le récipient de pointes. Couper chaque suture en trois morceaux d'environ 10 à 12 pouces de long. Notez les caractéristiques physiques de la suture. Utilisez un étrier pour mesurer le diamètre de chaque suture et notez la dimension initiale.

Enfin, pesez chaque suture, enregistrez le poids et placez une suture dans chaque tube d'échantillon. Remplissez les tubes d'échantillon neutres avec suffisamment d'eau déionisée pour que la suture soit complètement submergée et plafonnez le tube. Ensuite, remplissez les tubes acides d'acide chlorhydrique dilué et remplissez les tubes d'échantillon alcalin s'ilntuent la solution diluel. Enfin, placez les six tubes d'échantillon dans un support dans un incubateur à 37 degrés Celsius.

Maintenant, nous allons jeter un oeil à la façon de déterminer la force des sutures en utilisant des tests de tension. L'essai tendu charge un échantillon en l'étirant jusqu'à l'échec, permettant la détermination de la force matérielle.

Tout d'abord, testez des sutures fraîches qui n'ont pas été incuber dans des solutions de test. Placez la suture dans l'appareil de l'instrument et fixez-la en place. L'échantillon témoin doit être de la même longueur que l'instrument qui est d'environ 10 à 12 pouces. Ensuite, zéro l'instrument et enregistrer le réglage de vitesse de déplacement. Assurez-vous que la prise de pointe est affichée sur le panneau de commande. Puis initier la tension sur la suture. La force et le déplacement commenceront à changer sur l'instrument. Chargez la suture jusqu'à l'échec. Ensuite, éteignez l'instrument et enregistrez la force de pointe du panneau d'affichage.

Maintenant, nous allons mesurer la résistance de la résistance des échantillons qui avaient été exposés à des solutions à pH variable.

Après le temps spécifié, retirer les échantillons du four. Mesurer le pH de la solution dans chaque tube à l'aide de papier pH. Après que le pH de toutes les solutions aient été mesurés, retirez la suture pour être testée et rincez-la avec de l'eau déionisée. Notez les caractéristiques physiques du matériau.

Pat l'échantillon sec avec un essuie-tout, puis le peser et enregistrer la nouvelle masse. Ensuite, placez le spécimen dans les poignées du testeur de tension et verrouillez-le en place. Zéro l'instrument et assurez-vous que la vitesse de déplacement est la même que utilisée pour l'échantillon de contrôle. Vérifiez également que la prise de pointe est affichée. Maintenant, chargez le spécimen jusqu'à l'échec. Enregistrez la force de pointe de l'écran. Répétez le test de tension pour chaque échantillon au cours de l'étude de temps.

Voyons maintenant comment analyser les données pour déterminer la résistance des échantillons.

Tout d'abord, calculer le stress tendineux moyen de chaque échantillon en divisant la force de pointe par la zone transversale de la suture. Ensuite, calculez la force de tension pour cent retenue par la suture après l'incubation à l'aide de la formule indiquée. Une parcelle de résistance au fil du temps pour chaque échantillon montre que la force des deux types de sutures a diminué au fil du temps dans les solutions acides, neutres et alcaline.

Les structures de polydioxanone se sont dégradées plus dans la solution acide, avec seulement 41% de la force de tension originale maintenue après cinq semaines, alors que 49 et 78% de la force a été maintenue pour les solutions neutres et alcalines, respectivement. Les sutures polyglyconates se sont dégradées de la même façon dans les trois solutions en conservant environ 42% de la force dans les solutions acides, neutres et alcaline après cinq semaines. Les résultats sont attendus car les matériaux possèdent tous deux des liaisons ester qui sont sensibles à la scission hydrolytique, qui est améliorée à un pH élevé et faible.

Jetons maintenant un coup d'oeil à où les matériaux résorbables sont utilisés dans le domaine du génie biomédical.

Les matériaux résorbables comme les sutures testées dans cette vidéo sont le plus couramment utilisés dans les procédures chirurgicales pour permettre la guérison des sites chirurgicaux tout en éliminant la nécessité de l'ablation des sutures. Cependant, les matériaux résorbables jouent également un rôle dans l'ingénierie tissulaire comme échafaudage pour les tissus d'ingénierie. Les échafaudages de tissu résorbables fournissent la structure tridimensionnelle initiale pour le tissu, mais se dégradent lentement pendant que les cellules se développent et créent leur propre matériel structurel. Finalement, l'échafaudage initial n'est plus nécessaire et le tissu conçu ressemble plus étroitement aux tissus indigènes.

La greffe osseuse consiste à remplacer les os manquants ou endommagés afin d'aider les grandes fractures à guérir. Dans cette étude, les chercheurs ont créé un défaut dans le crâne en perçant un trou de cinq millimètres. Le fragment d'os a été détaché et la greffe d'os attachée à l'os à l'aide de colle à fibrine. Bien que l'os de donneur soit souvent employé, les matériaux résorbables présentent une alternative permettant à la greffe de se dégrader loin pendant que l'os indigène se développe.

Vous venez de regarder l'introduction de JoVE aux matériaux résorbables. Vous devez maintenant comprendre comment ces matériaux se dégradent in vivo et in vitro, comment tester les changements de force en raison de la dégradation, et certaines applications de ces matériaux dans le domaine du génie biomédical. Merci d'avoir regardé!

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