Кіріспе
Дәрілік мақсаттар үшін денеге хирургиялық жолмен салынатын құрылғы. Имплант – жоғалған биологиялық құрылымды алмастыру, зақымдалған биологиялық құрылымды қолдау немесе бар биологиялық құрылымды күшейту үшін жасалған медициналық құрылғы. Мысалы, имплант – әлсіз сүйектерді нығайтуға арналған таяқша болуы мүмкін. Медициналық имплантаттар – адам жасаған құрылғылар, трансплантациядан өзгеше, ол – трансплантацияланған биомедициналық тіндер. Импланттың денемен жанасатын беті титан, силикон немесе апатит сияқты биомедициналық материалдан жасалуы мүмкін, бұл ең функционалды материалға байланысты. Мысалы, 2018 жылы American Elements компаниясы 3D-басып шығару арқылы берік, ұзақ қызмет ететін және денеге үйлесімді медициналық имплантаттар жасау үшін никель қорытпасынан ұнтақ әзірледі. Кейбір жағдайларда импланттарда электроникалық құрылғылар болады, мысалы, жасанды кардиостимуляторлар және кохлеарлық имплантаттар. Кейбір импланттар биоактивті, мысалы, тері астына салынатын таблеткалар немесе дәрі шығаратын стентер түріндегі дәрі-дәрмек жеткізу құрылғылары.
An implant is a medical device manufactured to replace a missing biological structure, support a damaged biological structure, or enhance an existing biological structure. For example, an implant may be a rod, used to strengthen weak bones. Medical implants are human made devices, in contrast to a transplant, which is a transplanted biomedical tissue. The surface of implants that contact the body might be made of a biomedical material such as titanium, silicone, or apatite depending on what is the most functional. In 2018, for example, American Elements developed a nickel alloy powder for 3D printing robust, long lasting, and biocompatible medical implants. In some cases implants contain electronics, e. g. artificial pacemaker and cochlear implants. Some implants are bioactive, such as subcutaneous drug delivery devices in the form of implantable pills or drug eluting stents.
Сенсорлық және неврологиялық
Сенсорлық және неврологиялық имплантаттар негізгі сезімдерге және миға әсер ететін аурулар, сондай-ақ басқа да неврологиялық аурулар үшін қолданылады. Олар көбінесе катаракта, глаукома, кератоконус және басқа да көру қабілетінің нашарлауы сияқты жағдайларды емдеуде; отосклероз және басқа да есту қабілетінің жоғалтуы, сондай-ақ ортаңғы құлақ аурулары, мысалы, ортаңғы құлақ қабынуы (отит) сияқты ауруларды емдеуде қолданылады; және эпилепсия, Паркинсон ауруы және емдеуге бағынбайтын депрессия сияқты неврологиялық аурулардың емдеуінде қолданылады. Мысалдарға көз ішкі линзасы, мүйіз қабығының ішкі сегменті, кохлеарлық имплант, тимпаностомия түтігі және нейростимулятор жатады.
Жүрек- қан тамырлары
Жүрек-қан тамырлары жүйесіне арналған медициналық құрылғылар жүрек, оның қақпақшалары және қан айналымы жүйесінің қалған бөлігінің бұзылу жағдайларында имплантацияланады. Олар жүрек жеткіліксіздігі, жүрек аритмиясы, қарыншалық тахикардия, қақпақшалық жүрек аурулары, стенокардия және атеросклероз сияқты ауруларды емдеу үшін қолданылады. Мысалдары: жасанды жүрек, жасанды жүрек қақпақшасы, имплантацияланатын кардиовертер-дефибриллятор, жасанды жүрек ырғақтандырғышы және коронарлық стент. Олар сүйек сынықтарын, остеоартритті, сколиозды, омыртқаның тарылуын және созылмалы ауырсынуды емдеуде де қолданылады. Мысалы, сынған сүйектерді бекіту үшін қолданылатын түрлі шыналар, таяқшалар, бұрандалар және пластиналар. Ортопедиялық имплантаттары бар пациенттерге кейде дене мүшелерінің толық зерттеуі үшін магниттік-резонанстық томография (МРТ) жасау қажет болады. Сондықтан импланттың орын ауысуы және жылжуы, имплант металлының қызуынан қоршаған тіндерге жылулық зақымдану және МРТ суретінің бұрмалануы, нәтижелерге әсер етуі мүмкін деген алаңдаушылықтар туындайды. 2005 жылы жүргізілген ортопедиялық имплантаттарды зерттеу көрсеткендей, сыртқы бекіткіштерді қоспағанда, 1.0 Тесла МРТ аппаратында ортопедиялық имплантаттардың көпшілігі магниттік өріспен реакцияға түспейді. Алайда, 7.0 Теслада бірнеше ортопедиялық имплантаттар, мысалы, өкше және тобық сүйегі имплантаттары МРТ магниттік өрісімен айқын өзара әрекеттеседі.
Электрлік
Электрлік имплантаттар ревматоидты артриттен туындаған ауырсынды жеңілдету үшін қолданылуда. Электрлік имплант ревматоидты артритпен ауыратын науқастардың мойнына орналастырылады, ол имплант электр сигналдарын шаша жүйкесіндегі электродтарға жібереді. Бұл құрылғы ревматоидты артритпен ауыратын адамдарға өмір бойы дәрі тағайындаудың орнына балама ретінде сынақтан өткізілуде.
Ұрыққа қарсы
Контрацептивті имплантаттар негізінен жоспарланбаған жүктіліктің алдын алу және патологиялық емес меноррагия сияқты жағдайларды емдеу үшін қолданылады. Мысалдарға мыс және гормоналды жатыр ішіндегі құрылғылар жатады.
Косметикалық
Косметикалық имплантаттар – көбінесе протездер – дене мүшелерінің белгілі бір бөліктерін қабылдауға болатын эстетикалық нормаға қайтаруға бағытталған. Олар сүт безі қатерлі ісігінен кейін жасалатын мастэктомиядан соң, кейбір деформацияларды түзету және дене пішінін өзгерту (мысалы, жамбас және иек пішінін өзгерту) үшін қолданылады. Мысалдарға көкірек имплантаты, мұрын протезі, көз протезі және инъекциялық толтырғыштар жатады.
АҚШ-тың жіктелуі
Медициналық құралдарды АҚШ-тың Азық-түлік және дәрі-дәрмек басқармасы (FDA) медициналық құралдың пайдаланушыға тудыруы мүмкін тәуекелдерге байланысты үш түрлі сыныпқа бөледі. 21CFR 860.3-ке сәйкес, I сыныптағы құралдар пайдаланушыға ең аз тәуекел тудырады және ең аз бақылауды қажет етеді. I сыныпқа қарапайым құралдар, мысалы, қолға ілгіштер және қолда ұсталатын хирургиялық құралдар жатады. II сыныптағы құралдар I сыныптағы құралдарға қарағанда күшті реттеуді қажет етеді және FDA мақұлдауына қол жеткізу үшін нақты талаптарды орындауы тиіс. II сыныпқа рентген жүйелері және физиологиялық мониторлар кіреді. III сыныптағы құралдарға ең көп нормативтік бақылау қажет, себебі құрал адам өмірін қолдай немесе сақтай алады, немесе жеткілікті түрде сынақтан өтпеген болуы мүмкін. III сыныпқа жүрек клапандарын алмастыру және мишақшаға имплантацияланатын стимуляторлар жатады. Көптеген имплантаттар әдетте II және III сыныптарға жатады.
Көбінесе имплантацияланатын металдар
Көптеген биореактивті белсенділігі төмен металдар әдетте имплантацияланады. Ең көп қолданылатын тот баспайтын болат түрі – 316L. Кобальт-хром және титан негізіндегі имплантат қорытпалары да тұрақты түрде имплантацияланады. Бұлардың барлығының бетіндегі тотық қабатының жұқа болуы арқасында пассивті қасиетке ие болады. Дегенмен, металл иондары тотық арқылы сыртқа таралып, айналағы тіндерге өтеді. Металл имплантаттарына биологиялық реакция – шағын талшықты тіндер қабығының пайда болуын қамтиды. Бұл қабықтың қалыңдығы еріген заттар мен импланттың айналасындағы тіндерде қозғалу деңгейіне байланысты анықталады. Таза титанның аздаған талшықты қаптамасы ғана болуы мүмкін. Ал, тот баспайтын болат 2 мм-ге дейін қапталуы мүмкін.
Имплантаттағы саңылаулылық
Кең поры бар имплантаттар металл немесе керамикалық матрицадағы бос кеңістіктердің болуымен сипатталады. Бос кеңістіктер жүйелі, мысалы, қосымша өндіріс (АМ) торларында, немесе газбен сіңірілген өндіріс процестеріндегідей, кездейсоқ болуы мүмкін. Имплантаттың модулінің төмендеуі негізгі материалдың көлемдік үлесіне және порылардың морфологиясына байланысты күрделі, сызықты емес қатынасқа бағынады. Кездейсоқ порысты материалдың модулінің диапазонын болжау үшін эксперименталды модельдер бар. 10%-дан астам көлемдік порыздылықта модельдер айтарлықтай ауытқуды бастайды. Механикалық қасиеттерді сипаттау үшін, төмен порыздылықтағы қоспалар ережесі сияқты, екі материалдық матрицалар әзірленді. АМ торлары кездейсоқ порысты материалдарға қарағанда көбірек болжамды механикалық қасиеттерге ие және олардың жағымды бағытталған механикалық қасиеттері болуы үшін реттелуі мүмкін. Құбырдың диаметрі, құбырдың пішіні және көлденең тіреулердің саны сияқты айнымалылар тордың жүктемелік сипаттамаларына күрт әсер етуі мүмкін. АМ құбырлар аралық қашықтығын кездейсоқ порысты құрылымдарға қарағанда әлдеқайда кішкентай диапазонға дейін дәл реттеуге мүмкіндік береді, бұл тіндік инженерияда нақты мәдениеттердің болашақ жасушаларын дамытуға мүмкіндік береді.
Имплантаттағы саңылаулылық екі негізгі мақсатқа қызмет етеді
1) Импланттың серпімділік модулі төмендеді, бұл импланттың сүйектің серпімділік модуліне жақсырақ сәйкес келуіне мүмкіндік береді. Кортикаль сүйектің серпімділік модулі (~18 ГПа) әдеттегі қатты титан немесе болат имплантаттардан (тиісінше 110 ГПа және 210 ГПа) едәуір төмен, бұл импланттың мүшеге түсетін жүктеменің үлесінен артық мөлшерін қабылдауына себеп болады, нәтижесінде «стресс қалқаны» деп аталатын эффект пайда болады. 2) Кеуектілік остеобласт жасушаларының импланттың кеуектеріне өсуіне жағдай жасайды. Жасушалар 75 микроннан кіші кеңістіктерді де, 200 микроннан үлкен кеуектерді де басып өте алады. Бұл импланттан сүйекке көбірек жүктеме түсуіне, стресс қалқанының әсерін азайтуға мүмкіндік береді. Импланттың айналасындағы сүйектің тығыздығы сүйекке түсетін жүктеменің артуына байланысты жоғарылауы мүмкін. Сүйектің өсуі уақыт өте келе импланттың босап кету мүмкіндігін азайтады, себебі ұзақ мерзімді стресс қалқалау және оған сәйкес сүйек резорбциясы болдырмайды. Остеобласт жасушаларының жеткілікті бекінуі үшін 40%-дан жоғары кеуектілік қажет.
Асқынулар
Идеалды жағдайда имплантаттар қабылдаушы организмнің қажетті реакциясын қозғауы керек. Идеалды түрде, имплантат көршілес немесе қашық тіндерде күтілмеген реакция тудырмауы тиіс. Дегенмен, имплант пен оны қоршаған тіндердің өзара әрекеттесуі салдарынан асқынулар пайда болуы мүмкін. Қабыну – кез келген хирургиялық араласудан кейін жиі кездесетін құбылыс, ол организмнің жарақат, инфекция, шетелдік материалдың енуі, жергілікті жасушалардың өлімі немесе иммундық жауаптың бір бөлігі ретінде тіндердің зақымдануына жауабы болып табылады. Қабыну жергілікті капиллярлардың тез кеңеюімен басталады, бұл жергілікті тіндерді қанмен қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Қанның ағыны тіндердің ісінуіне және жасушалардың өліміне әкелуі мүмкін. Қанның артық болуы, яғни ісік, тіндердегі ауырсыну рецепторларын белсендіреді. Қабыну орны жергілікті сұйықтық ағынының бұзылуынан және тінді жаңарту немесе қалдықтарды жою үшін жасушалардың белсенділігінің артуынан жылынады.
Жарамсыздықтар
Имплантаттардың сәтсіздікке ұшырауының көптеген мысалдары бар: силиконды еміздік имплантаттарының, жамбас буыны ауыстыру құрылғыларының және жасанды жүрек клапандарының, мысалы, Bjork-Shiley клапанының жарылуы – бәрі де FDA-ның араласуына әкеп соқты. Имплантаттың жұмыс істемеуінің салдары имплантаттың түріне және оның денедегі орналасуына байланысты. Осылайша, жүрек клапанының істен шығуы адам өміріне тікелей қауіп төндірсе, еміздік имплантатының немесе жамбас буынының істен шығуы өмірге қауіпті болмайды. Мидың сұр затына тікелей орнатылған құрылғылар ең жоғары сапалы сигналдарды береді, бірақ олардың үстіне жараланған тіндер жиналуға бейім, бұл сигналдың әлсіреуіне, тіпті тоқтауына себеп болады, себебі организм мидағы шетелдік затқа реакция жасайды. 2018 жылы ICIJ жүргізген "Импланттық файлдар" тергеуі, қауіпсіз емес және жеткілікті түрде сынақтан өтпеген медициналық құрылғылар пациенттердің денесіне орнатылғанын көрсетті. Ұлыбританияда Корольдік Хирургтер Колледжінің президенті, профессор Дерек Альдерсон: "Барлық имплантацияланатын құрылғылар тіркелуі және олардың тиімділігі мен пациенттердің қауіпсіздігін ұзақ мерзімді бақылау үшін қадағалануы керек" деген қорытынды жасады.