Biomaterialen college 3 Flashcards
(46 cards)
Wat is biocompatibiliteit?
de mogelijkheid van een materiaal om een gewenste interactie aan te gaan in het lichaam, in een specifieke toepassing (kader, bijvoorbeeld wil je een ontstekingsreactie opwekken).
Waarvan is de biocompatibiliteit in grote mate van afhankelijk?
Oppervlakte eigenschappen, wanneer er geen toxische leachables vrijkomen (systemische effecten), dan bepalen de oppervlakte eigenschappen de (acute) respons en de respons op microschaal.
Wanneer wel toxische leachables vrijkomen is het materiaal, ongeacht toepassing, niet biocompatibel.
Waarvan is de biocompatibiliteit van een materiaal geheel afhankelijk?
Van zijn toepassing. Per materiaal moet er gekeken worden of deze biocompatibel is. Een ontsteking aan een materiaaloppervlak of toxiciteit van een materiaal is bijvoorbeeld niet altijd ongewenst (toxische leachables wel).
Daarbij gebruiken we de dikte van een fibrotisch kapsel niet als een maat voor biocompatibiliteit. Een fibrotisch kapsel is bindweefselvorming rond bijvoorbeeld een implantaat.
Welke factoren zijn van invloed op de biocompatibiliteit? (5)
- “dood volume”, hoeveelheid materiaal wat je implanteert.
- oplosbare stoffen afgegeven door het implantaat (ionen, moleculen etc.)
- onoplosbare deeltjes van het materiaal.
- veranderingen in rekdistributie in weefsel door modulus mismatch (mechanische eigenschappen afwijkend)/stress shielding.
- chemische interacties van biologische moleculen met het materiaal oppervlak.
Biocompatibiliteit kent een korte (acute) en lange termijn, wat is hierin het onderscheid?
korte termijn wordt bepaald door oppervlakte eigenschappen en de lange termijn wordt bepaald door bulk/mechanische eigenschappen (bewegen etc.)
Hoe kun je de biocompatibiliteit (in vitro) testen? (4)
De biocompatibiliteit wordt altijd eerst in vitro getest op:
- cytotoxiciteit (“celgiftigheid”)
- bloed (hemo)compatibiliteit
- mutageniciteit (effecten DNA?)
- hypersensitiviteit (gevoeligheid materiaal door immuunsysteem)
Wat kun je vertellen over cytotoxiciteit?
cel kan necrotisch worden (door bijvoorbeeld ph verschil of osmose verschil) of zelfs apopototisch worden door geïmplanteerd materiaal.
Wat kan je vertellen over de in vitro standaard test (cytotoxiciteit)?
Eerste instantie testen in vitro met één bekende cellijn, kweken in kweekplaat afzonderlijk en tegelijkertijd ook in aanwezigheid van materiaal. Wanneer celpopulatie niet iedere 24 uur verdubbeld vindt er remming of celdood plaats. Dit kun je onderscheiden door analytica markers.
Wat kan je vertellen over de geconditioneerd medium test (cytotoxiciteit)?
Uitkomstmaten doormiddel van geconditioneerd medium test, kweekvloeistof waarin het materiaal heeft gelegen gebruiken om cellen mee te kweken. Wanneer afname van celpopulatie of celdood optreed kunnen er toxische stoffen in het materiaal zitten die zijn vrijgekomen.
Wat kan je vertellen over het transwell experiment (cytotoxiciteit)?
Om zeker te weten gebruik je transwell experiment, cellen gescheiden van materiaal maar wel interactie via medium. Zo kan je zien of er door enzymatische afbraak van materiaal er toxische stoffen vrijkomen.
Wat kan je vertellen over de direct contact test (cytotoxiciteit)?
Geeft info over de interactie tussen de cellen en het materiaal. Cellen kweken op het materiaal zelf, hechten de cellen aan of niet?
Zegt niks over de biocompatibiliteit (!) maar wel wat over de mogelijke integratie in het lichaam later. Bijvoorbeeld integratie of inkapseling?
Wat is een belangrijk gegeven m.b.t de cytotoxiciteit testen?
met al deze testen kun je nog geen cytotoxiciteit uitsluiten, DNA schade kun je niet zien want dit heeft vertraging en leidt niet gelijk tot apoptose.
Wat kun je vertellen over hemocompatibiliteit?
je wil geen coagulatie (trombotische effecten) bij implantatie van het materiaal, of vervorming van rode bloedcellen etc.
Om de hemocompatibiliteit te testen wordt het materiaal in contact gebracht met bloed. Daarna moet blijken of er stolsels optreden aan het materiaal. Gebeurd dit niet, dan is het materiaal bloed compatibel.
Wat kun je vertellen over de mutageniciteit/carcinogeniteit/genotoxiciteit?
mutageen betekent dat het leidt tot mutaties in het DNA, carcinogeen dan kunnen deze mutaties kanker verwekken, genotoxiciteit zijn de mutaties zodanig dat de genexpressie beïnvloed wordt.
Welke test wordt gebruikt voor het testen van de mutageniciteit?
Om de mutageniciteit te testen wordt er gebruik gemaakt van de Ames test. In de Ames test wordt gebruik gemaakt van een bacterie die geen histidine kan aanmaken (bijvoorbeeld salmonella). Bied kweekplaat aan zonder histidine. In principe zijn de bacteriën niet in staat om te delend dan. Als door het materiaal een mutatie ontstaat in het DNA van de bacterie, zal deze echter wel gaan delen omdat ze histidine aan kunnen maken. In een kweek waarbij materiaal zorgt voor mutaties zal een bacteriekolonie worden gevonden. Controle groep nodig.
Wat kun je vertellen over de hypersensitiviteit test?
Bij een hypersensitiviteitstest wordt er gebruik gemaakt van lymfocyten uit het bloed van de te behandelen patiënt. Deze lymfocyten brengt je in contact met een medium waarin materiaal is opgelost wat je in wilt brengen bij de patiënt (bijvoorbeeld nickel ionen). De test is positief wanneer de lymfocyten van de patiënt hechten aan de opgeloste deeltjes van het materiaal. Oftewel het immuunsysteem zal reageren op het materiaal.
Wat speelt een grote rol in de biologische respons?
de oppervlakte eigenschappen (atomen en moleculen aan het oppervlak) van het materiaal. De reactiviteit is afhankelijk van de chemische compositie van het materiaal en topografie (glad of ruw, molecuul aan oppervlak meer bindingplaatsen over)
Wat zijn feiten over oppervlakken? (5)
- oppervlakken hebben een unieke reactiviteit
- oppervlak is onvermijdelijk anders dan de bulk (dus ook niet dezelfde reactiviteit)
- volume oppervlak is veel kleiner dan het volume van de bulk
- oppervlakken zijn erg contaminatie gevoelig, wil reageren
- oppervlakte moleculen kunnen behoorlijk mobiel zijn. In rubberachtige toestand is deze mobiliteit groter dan in glasachtige toestand.
Hoe wordt het oppervlak van een materiaal gedefinieerd?
Het oppervlak van een materiaal is dat deel waar structuur en compositie onder invloed van de interface afwijkt van de bulk compositie en structuur.
Wat is het verschil in oppervlakte reactiviteit tussen goud en polymeren?
de unieke reactiviteit van goud van het oppervlak gaat maar ca. 5 atomen diep (0.5-1 nm), daarna bulk reactiviteit die overal gelijk is.
Deze unieke reactiviteit aan het oppervlak kan bij polymeren tot wel 100 nm zijn.
Er is dus geen definitie voor de de diepte van het oppervlak want dit kan verschillen.
Wat kun je vertellen over de belangrijke oppervlakte eigenschap: chemische reactiviteit/compositie?
belangrijke eigenschap die de (acute) respons met omliggend milieu bepaald, is aan het oppervlak anders dan in de bulk. Dit heeft te maken met het feit dat atomen aan het oppervlak een ongevulde elektronenschil hebben. Gezien het streven naar een gevulde elektronenschil, wil het atoom graag een binding aangaan. Doordat er niks is om mee te binden ontstaat er een asymmetrisch elektrisch veld dat een oppervlaktedipool veroorzaakt.
Om bindingen te verbreken zal er genoeg energie toegevoerd moeten worden om boven de bindingsenergie uit te komen. Hoe zwaarder het element, hoe hoger de reactiviteit.
Verder vind je aan het oppervlak intermoleculaire en intra moleculaire krachten die aantrekkend of afstotend kunnen zijn. Verschillende bindingstypen beïnvloeden de reactie met omliggend weefsel.
Wat kun je vertellen over de belangrijke oppervlakte eigenschap: wettability (hydrofiliteit)?
Een maat voor de hydrofiliteit van een materiaal is de contacthoek. Wanneer een waterdruppel aan een materiaal wilt hechten zal de waterdruppel zich uitsmeren over het materiaal. Dit leidt tot een kleinere contacthoek. Hoe groter de contacthoek des te hydrofober is het materiaal.
Wat kun je vertellen over de belangrijke oppervlakte eigenschap: elektrische lading?
Een oppervlak kan een bepaalde elektrische lading hebben. Hierdoor is het geneigd om te binden aan een oppervlak met tegenovergestelde lading.
Bepaald ook deels de contacthoek door water en eiwit interactie, positief of negatief. Sommige materialen zijn gelayerd (positief of negatief, of bilayers).
Wat kun je vertellen over de belangrijke oppervlakte eigenschap: kristalliniteit?
kristalroosters, amorfe of kristallijne domeinen (hoge organisatie). Hoge organisatie is hoge reactiviteit. Dus de kristalliniteit is bepalend voor de reactiviteit met de omgeving, ook bepaalt dit de structuur (gladheid/ruwheid etc.)
