Nowoczesne trendy w medycynie

309 Pages·2015·5 MB·Polish

Nowoczesne trendy
w medycynie

Nowoczesne trendy
w medycynie

Redakcja:
Monika Olszówka
Kamil Maciąg

Lublin 2015
Recenzenci:
dr n. farm. Anna Berecka
prof. dr hab. n. biol. Alicja Buczek
prof. dr hab. inż. Andrzej Chwojnowski
dr n. med. Marzanna Ciesielka
dr n. med. Katarzyna Kocka
dr Agnieszka Kuźniar
dr Anna Matuszewska
dr Barbara Michalec-Wawiórka
dr Agnieszka Nawrocka
dr Aneta Ptaszyńska
dr Ewa Sajnaga
dr n. rolniczych Ewa Skrzypczak
dr inż. Jarosław Zubrzycki

Wszystkie opublikowane rozdziały otrzymały pozytywne recenzje.

Skład i łamanie:
Ilona Żuchowska

Projekt okładki:
Agnieszka Ciurysek

© Copyright by Fundacja na rzecz promocji nauki i rozwoju TYGIEL

ISBN 978-83-65272-10-2

Wydawca:
Fundacja na rzecz promocji nauki i rozwoju TYGIEL
ul. Głowackiego 35/348, 20-060 Lublin
www.fundacja-tygiel.pl
Spis treści
Andrzej Michniowski, Agnieszka Szyszkowska, Dagmara Galas
Aplikacje materiałów polimerowych w medycynie ....................................................... 7
Robert Karpiński, Beata Górniak, Jacek Maksymiuk
Biomedyczne zastosowania polimerów – materiały opatrunkowe ............................... 18
Paulina Musiał, Mateusz Stojko, Aleksandra Moździerz, Dorota Olczyk, Wioleta
Kobiela, Małgorzata Juszko-Piekut, Jerzy Stojko
Badania doświadczalne biozgodności tkankowej polimerów....................................... 33
Żaneta Anna Mierzejewska
Biokompatybilności i osteointegracja implantów metalicznych................................... 45
Zofia Kula, Anna Laska, Hieronim Szymanowski
Zastosowanie polimerów w stomatologii ..................................................................... 55
Joanna Dziedzic, Monika Smyl-Golianek, Wojciech Smagowski, Rafał Rusinek
Stopy metali używane w ortodoncji.............................................................................. 67
Aleksandra Stefanowicz, Izabela Bielińska, Tomasz Wandtke
Skutki uboczne materiałów stosowanych we współczesnej protetyce stomatologicznej
na przykładzie materiałów odbudowujących i środków do wybielania zębów ............ 80
Aleksandra Kruk, Agnieszka Gadomska-Gajadhur, Paweł Ruśkowski
Zastosowanie bioresorbowalnych rusztowań w inżynierii tkankowej. ......................... 91
Ilona Dudek, Marta Skoda, Anna Jarosz
Medycyna w skali nano – grafen ................................................................................ 103
Mateusz Niścior, Monika Adamczyk, Katarzyna Tarnawska
Matryce hydrożelowe
– zastosowania superabsorbentów polimerowych w medycynie................................ 115
Arkadiusz Goede, Maciej Gawroński, Joanna Woźniak
Mini-koliste cząsteczki DNA jako potencjalnie bezpieczne
i wysoce efektywne nośniki w niewirusowym transferze genów ............................... 130
Sylwia Nisztuk-Pacek, Magdalena Surdyka
Chromosom Y w molekularnych badaniach kryminalistycznych .............................. 144
Kamil Myszczyński, Łukasz Paukszto, Tomasz Molcan, Jan Paweł Jastrzębski
Badanie ekspresji genów kluczem do poznania funkcjonowania organizmów
– porównanie wiodących metod wysokoprzepustowych ........................................... 158
Anna Wawruszak, Katarzyna Król-Turmińska, Agnieszka Borzęcka
Terapeutyczne zastosowanie wybranych inhibitorów deacetylaz histonów (HDIs) ... 173
Marek Kowalczyk
Zmienność sekwencji genu GPX1 u człowieka i zwierząt modelowych ................... 183
Karolina Kasprzak, Kinga Kropiwiec, Malwina Merska
Wykorzystanie genetyki molekularnej
w ochronie zasobów genetycznych zwierząt gospodarskich ...................................... 200
Marta Karaźniewicz-Łada, Agnieszka Anczykowska, Karolina Wiśniewska
Metoda HPLC-UV oznaczania mitotanu w osoczu krwi
z przeznaczeniem do badań farmakokinetyki u ludzi ................................................. 208
Alicja Janicka, Anna Cwynar, Blanka Ziomkowska
Przegląd spopularyzowanych i najczęściej stosowanych metod spektroskopowych w
dziedzinach nauk medycznych i farmaceutycznych ................................................... 219
Ewa Kurzak, Piotr Kucharzewski, Ewa Mrukwa-Kominek
Metoda sieciowania włókien kolagenowych w terapii schorzeń rogówki
– zastosowanie i skuteczność kliniczna ...................................................................... 229
Marta Iskierka, Olga Loska
Rutynowe i alternatywne materiały biologiczne w toksykologii sądowej .................. 240
Iwona Kamińska, Joanna Ortyl, Roman Popielarz
Systemy monitorowania on-line reakcji polimeryzacji .............................................. 255
Łukasz Jaworski, Robert Karpiński, Daniel Gąska
Telemanipulator RobIn Heart i jego zastosowanie w medycynie ............................... 270
Wioleta Kobiela, Mateusz Stojko, Paulina Musiał, Aleksandra Moździerz, Dorota
Olczyk, Małgorzata Juszko-Piekut, Jerzy Stojko
Ocena kliniczna skuteczności terapeutycznej maści propolisowo-pyłkowej .............. 285
Magdalena Osiak, Natalia Pająk
Wpływ fazy przedanalitycznej na wynik badania laboratoryjnego ............................ 297
Indeks autorów ........................................................................................................... 309
Andrzej Michniowski1, Agnieszka Szyszkowska2, Dagmara Galas3
Aplikacje materiałów polimerowych w medycynie
1. Wprowadzenie
Materiały polimerowe wykorzystywane są niemal we wszystkich
gałęziach przemysłu. Mamy z nimi również styczność w codziennym
życiu. Opakowania na różnego rodzaju produkty, jednorazowe reklamówki,
przedmioty codziennego użytku czy też elementy budowlane wykonane są
w dużej mierze z tworzyw sztucznych zbudowanych właśnie z polimerów.
W Polsce rocznie produkowanych jest około 2,1 mln ton polimerów [1],
przy czym światowa roczna produkcja sięga 300 mln ton [2]. Produkowane
obecnie materiały polimerowe posiadają ściśle określone zastosowania i są
przeznaczone do indywidualnych celów. Współczesna nauka nie mogłaby
istnieć bez rozwoju wiedzy na temat polimerów. Materiały polimerowe
wykorzystywane są bardzo powszechnie w medycynie. Takie polimery
nazywane są polimerami biomedycznymi [3]. Są one wykorzystywane
w różnych gałęziach medycyny, takich jak medycyna estetyczna,
stomatologia, chirurgia, ortopedia, kardiologia, okulistyka i wiele innych.
2. Cel pracy
Celem niniejszej pracy jest przegląd literaturowy najnowszych
doniesień z zakresu wykorzystania polimerów w medycynie. Omówione
zostały przykładowe materiały polimerowe wykorzystywane w różnych
gałęziach medycyny. Zwrócono szczególną uwagę na możliwości ich
zastosowania w inżynierii tkankowej, chirurgii kostnej oraz do produkcji
sprzętu medycznego.

1 [email protected], Kliniczny Oddział Ortopedii i Traumatologii Narządu Ruchu,
ul. Lwowska 60, 35-301 Rzeszów
2 [email protected], Zakład Chemii Organicznej, Wydział Chemiczny, Politechnika
Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów
3 [email protected], Zakład Chemii Nieorganicznej, Wydział Chemiczny, Politechnika
Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów
7
Andrzej Michniowski, Agnieszka Szyszkowska, Dagmara Galas

3. Materiały polimerowe w medycynie
3.1. Znaczenie materiałów polimerowych
Polimery są materiałami występującymi bardzo powszechnie w przyrodzie.
Niektóre z nich, tj. polisacharydy, polipeptydy czy polinukleotydy,
produkowane są przez organizmy żywe. Nazywane są one biopolimerami
i pełnią istotne funkcje biologiczne [4]. Przełomowym wydarzeniem, które
zrewolucjonizowało przemysł biomedyczny, stało się pojawienie na rynku
polimerów syntetycznych w roku 1920. Początkowo wykorzystywane były
do zamykania ran lub leczenia zębów [5]. W ostatnich latach odnotowano
ogromny postęp w zakresie materiałów mających styczność z organizmem
pacjenta. Obecnie materiały polimerowe mogą być wykorzystywane do
budowy elementów mających bezpośredni kontakt z wewnętrznymi lub
zewnętrznymi częściami organizmu pacjenta, jak i do budowy aparatury
oraz narzędzi medycznych. Znalazły one także zastosowanie w farmacji
jako środki krwiozastępcze czy substancje wprowadzające leki do
organizmu (nośniki leków). W tabeli 1 zostały zestawione przykładowe
zastosowania trzech wybranych polimerów: polietylenu, polichlorku
winylu oraz poliamidów [3].
Tabela 1. Zastosowania wybranych polimerów w medycynie
Nazwa polimeru lub grupy
Zastosowanie
polimerów
jednorazowe rękawiczki,
polietylen
strzykawki, pojemniki
polichlorek winylu cewki, ustniki, wzierniki
wyroby dentystyczne, pojemniki
poliamidy
do sterylizacji
Źródło: Opracowanie własne
Ze względu na styczność materiałów polimerowych z ciałem pacjenta
muszą one spełniać kilka wymogów: powinny zachować swoje właściwości
fizykochemiczne pomimo działania na nie wysokiej temperatury, detergentów,
promieniowania rentgenowskiego czy aseptyków. Polimery, jak większość
materiałów, po pewnym czasie eksploatacji mogą ulegaćdegradacji, dlatego
też istotne jest również, aby produkty ich rozkładu nie wywoływały
u pacjentów, stanów zapalnych, reakcji alergicznych, immunologicznych,
czy jakichkolwiek innych interakcji z organizmem [3]. Na rysunku
1 zostały przedstawione wybrane obszary zastosowań materiałów
polimerowych w odniesieniu do ciała pacjenta.
8
Aplikacje materiałów polimerowych w medycynie

Soczewki
kontaktowe Materiały
stomatologiczne
Sztuczne zastawki,
sztuczne serca Stabilizatory
kręgosłupa
Protezy stawów
Protezy naczyń
krwionośnych
Sztuczne ścięgna
Stabilizatory
złamań kostnych

Rysunek 1. Zastosowanie materiałów polimerowych w odniesieniu do ciała człowieka
[opracowanie własne]
3.2. Wykorzystanie polimerów w inżynierii tkankowej
Materiały polimerowe ze względu na dużą biotolerancję znalazły
zastosowanie w produkcji implantów. Pod tym pojęciem kryje się cała
gama różnych elementów, które po umieszczeniu w ciele pacjenta imitują
w lepszym lub gorszym stopniu naturalne ludzkie tkanki. W ostatnich
latach wzrasta zainteresowanie implantami biowchłanialnymi. Istotną zaletą
wspomnianych materiałów jest łatwość ich użycia, duża wytrzymałość
mechaniczna, a także nie bez znaczenia jest też fakt, że implantów takich
nie trzeba w przyszłości usuwać. Implanty takie są rozkładane w procesie
hydrolizy a następnie metabolizowane w komórkach organizmu do
dwutlenku węgla oraz wody, które są następnie usuwane z organizmu [6].
Do popularnych prekursorów służących do produkcji implantów
polimerowych należą w ostatnim czasie ɛ-kaprolaktony (Rys. 2), są one
związkami łatwo degradującymi oraz ulegającymi reakcji polimeryzacji,
w wyniku której tworzą poli(ɛ-kaprolaktony) (PCL). Substancje te cechują
się dużą odpornością mechaniczną, odpornością na korozję oraz nie
wchodzą w interakcje z organizmem. Materiały te rozkładają się po
zakończeniu procesu leczenia[7÷9]. W inżynierii tkankowej wykorzystuje
się również poli(kwas glikolowy) (PGA) oraz poli(kwas mlekowy) (PLA)
przedstawione na rysunku 1, ze względu na możliwość ich łatwej
degradacji [10÷13]. Przykładowo, PGA posiada szybkie tempo degradacji
i po 6 miesiącach zostaje usunięte z organizmu, natomiast PCL wymaga
około 2-3 lat na całkowitą degradację [10, 14].
9
Andrzej Michniowski, Agnieszka Szyszkowska, Dagmara Galas

O
O
n
a
O O
O O
n n
CH
3
b c

Rysunek 2. Wzory półstrukturalne a) poli(ɛ-kaprolaktonu) (PCL), b) poli(kwas glikolowy)
(PGA), c)poli(kwas mlekowy) (PLA) [opracowanie własne]
Materiały polimerowe zrewolucjonizowały takie dziedziny medycyny
jak kardiologia inwazyjna oraz chirurgia naczyń, są one szeroko
wykorzystywanejako sztuczne zastawki serca oraz w udrażnianiu światła
zwężonych naczyń wieńcowych pod postacią tak zwanych stentów.
Obecnie w medynie znalazło zastosowaniekilka rodzajów polimerów, do
najpopularniejszych należą polietylen, politetrafluoroetylen, polipropylen,
poliuretany oraz poli(tereftalan etylenu) [15,16]. Pierwsze badania
z zastosowaniem przeszczepu naczyniowego u człowieka odnotowano już
w 1954r. przez Blakemore i Voorhees[17]. Wraz z rozwojem naukizaczęto
wykorzystywać coraz to lepsze materiały do produkcji implantów
naczyniowych. W tabeli 2 przedstawiono wybrane materiały polimerowe
wykorzystywane w leczeniu chorób sercowo-naczyniowych. Popyt rynku
stał się kołem napędowym do produkcji biozgodnych polimerów. Wiele
grup naukowców prowadzi badania nad syntezą i modyfikacjami już
istniejących polimerów, dążąc do otrzymania materiału, który znajdzie
zastosowanie w medycynie.

10