Titaanin kudosreaktiot

Abstract

Terveydenhuollon ja elintason parantuessa väestön elinajanodote kasvaa, minkä myötä useat proteeseja ja implantteja vaativat terveydenhuollon sovellukset yleistyvät. Näiden sovelluskohteiden valmistaminen vaatii jatkuvasti lisää biomateriaaleja, joita voidaan käyttää esimerkiksi ortopedian sovelluksissa ja hammaslääketieteessä. Lääketieteessä käytettävät biomateriaalit on perinteisesti jaoteltu polymeereihin, metalleihin, keraameihin sekä näiden yhdistelmistä muodostuviin komposiitteihin. Eri biomateriaalit reagoivat ympäröivään kudokseen eri tavoin, ja tässä kandidaatintutkielmassa käydään kudosreaktiot läpi pääpiirteittäin. Yleisimmin käytetyt biomateriaalit ortopedian sovelluksissa ovat metallit ja bioaktiiviset keraamit. Metalleja käytetään myös paljon hammaslääketieteen sovelluksissa, mikä tekee metalleista yhden käytetyimmistä biomateriaaliryhmistä.

Metalleista titaani ja sen seokset ovat yleisiä ja monikäyttöisiä biomateriaaleja. Titaanilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet ortopedian sovelluksiin, ja titaanin hyvä biokompatibiliteetti tekee siitä sopivan biomateriaalin eri lääketieteen sovelluksiin. Titaanin pinnalle muodostuu titaanidioksidikalvo sen hapettuessa, mikä edistää titaanin kiinnittymistä luukudokseen. Tätä reaktiota kutsutaan osseointegraatioksi. Titaanidioksidikalvo on jatkuvassa vuorovaikutuksessa kudoksen kanssa ja suojaa titaania korroosiolta. Tämän vuoksi tässä kirjallisuuskatsauksessa tarkastellaan erityisesti titaania, osseointegraatiota ja näiden hyödyntämistä lääketieteen sovelluskohteissa.

Titaanin lisäksi ortopedian- ja hammaslääketieteen sovelluksiin käytetään useita metalleja. Esimerkiksi ruostumatonta terästä ja kromi-koboltti-yhdisteitä hyödynnetään laajalti eri lääketieteen sovelluksissa. Tutkielmassa perehdytään näiden metallien ominaisuuksiin ja verrataan niitä titaaniin. Tarkoituksena on selvittää, onko titaani paras mahdollinen biomateriaali ortopedian- ja hammaslääketieteen sovelluksiin, vai onko titaanin käyttöön liittyviä haasteita, jotka jokin vaihtoehtoinen biomateriaali voisi korvata. Tutkielmassa tarkastellaan myös bioaktiivisten keraamien osteoinduktiota ja osteokonduktiota ortopedian sovelluksissa. Vaikka titaanin osseointegraation vuoksi se on yleisesti käytetty biomateriaali ortopedian sovelluksissa, vastaavia reaktioita esiintyy bioaktiivisilla keraameilla, jotka rakenteensa ansioista integroituvat luukudokseen ja edistävät uuden luukudoksen muodostumista. Bioaktiivisten keraamien reaktioita voidaan verrata titaanin reaktioihin ja näin saada yleiskäsitys, miten reaktiot eroavat toisistaan. Keraamien biomateriaaliryhmästä voidaan myös hyödyntää stabiileja keraameja, jotka eivät reagoi luukudoksen kanssa, mutta sopivat proteesien ja implanttien komponenteiksi. Näihin biomateriaaleihin ja niiden reaktioihin perehtymällä voidaan parantaa lääketieteellisiä sovelluksia valitsemalla jokaiseen sovellukseen siihen optimaalinen biomateriaali.

Tutkielmassa todetaan titaanin olevan optimaalinen ja yksi eniten käytetyimmistä biomateriaaleista. Jokainen lääketieteen sovellus on kuitenkin yksilöllinen, ja erilaisille biomateriaaleille on jatkuvasti käyttöä eri lääketieteen sovelluksissa. Sovellusten lisäksi myös kudosreaktiot ja paranemisprosessit ovat yksilöllisiä ja riippuvaisia monista tekijöistä, kuten käytetystä biomateriaalista. Tämän vuoksi on oltava useita biomateriaalivaihtoehtoja sekä eri hoitoihin että mahdollisten komplikaatioiden varalta. Mikään sovellus ei ole virheetön, ja terveydenhuollon kehittäminen on tärkeä osa ihmisten elintason parantamista.