Melhores implantes ósseos

Utilizando tecnologia espacial, a NASA financiados pesquisadores estão desenvolvendo ossos artificiais para implantes sem dor de quadril. Ouça a esta história através de streaming de áudio , um arquivo para download , ou conseguir ajuda . 30 de outubro de 2002: 79 anos de idade, Bob Hayes ouviu todas as estatísticas. Há mais de 300 mil cirurgias de substituição de quadril e joelho realizadas a cada ano nos Estados Unidos. Sessenta e cinco por cento das substituições de quadril e 72 por cento das substituições de joelho são recebidos por pessoas com idade acima de 65 anos. Porque a população dos EUA é o envelhecimento, o número de fraturas de quadril deverá ultrapassar 500 mil por ano até o ano de 2040. O hospital estadia média para uma substituição do joelho ou quadril: 5 dias, seguido de quatro semanas usando um andador. Direito : Um ser humano hip-comum, de Anatomia de Gray. [ mais ] Bob, um veterinário aposentado de Golden, Colorado, conhece as estatísticas, porque ele é um deles. Entre 1978 e 1999, Bob teve duas substituições de quadril e cinco revisões. "Eu ficava três ou quatro deles como lembranças", ele ri. "Eu estive pensando em usá-los como suportes de livros." Registe-se para entrega expressa Science News Bob senso de humor ainda está intacta, mas a dor não é brincadeira. "Você vai até você não aguento mais", diz ele, "e então você tem a cirurgia de novo." E de novo e de novo. "O problema que enfrenta a medicina hoje é que os implantes atuais duram apenas cerca de dez anos", explica o Dr. Frank Schowengerdt, um amigo de Bob e diretor do Centro para Aplicações Comerciais de combustão no espaço (CCACS) na Escola de Minas do Colorado . (CCACS é um Centro Espacial Comercial gerido pelo programa da Nasa de Desenvolvimento Espacial do produto.) "Cirurgiões cortar a junta velha e cola em um novo", continua Schowengerdt. "Tempo juntamente com o desgaste causar a cola a deteriorar-se." Bob relembra sua própria experiência: "A cola se soltar e da articulação que beliscar um nervo A dor era intensa.". Pôr fim a esse tipo de sofrimento é o que motiva Schowengerdt e colega Dr. John Moore. Eles estão trabalhando em CCACS para fazer os ossos artificiais melhor de cerâmica - Implantes tanto como a coisa real que realmente pode se fundir com osso vivo. Tais implantes não se soltam e precisam ser substituídas com tanta frequência. Esquerda : Um quadril normal (esquerda) e um implante de quadril artificial (direita). Saiba mais sobre a cirurgia de substituição da anca da MEDLINE mais . A maioria dos ossos artificiais hoje em dia são feitos de hidroxiapatite, que tem a mesma fórmula química próprio osso. Hidroxiapatita sintética, no entanto, não é nem tão poroso como osso real, nem tão forte. Poros são importantes, diz Schowengerdt. São canais para o fluxo do sangue (sangue é gerado na medula óssea) e que permitem que os ossos que ser forte, sem ser demasiado pesada. Poros também fornecem uma maneira de osso vivo para juntar-se permanentemente para um implante. "Se nós tivermos bom crescimento ósseo nos poros de um implante, então nós vencemos", diz Schowengerdt. Não importa se a cola vem solto 10 anos depois. Os pesquisadores também tentaram coral do mar como substituto ósseo. "É poroso o suficiente", diz Schowengerdt ", mas que carece de força. Coral do mar é usado principalmente para a reestruturação do crânio." A solução, de acordo com Schowengerdt, é de cerâmica. Ele e Moore acredita que é possível sintetizar materiais cerâmicos com a combinação certa de poros força e interligados para imitar osso real. Na verdade eles desenvolveram um processo em seu laboratório Colorado que parece promissor. Direito : ossos vivos são porosas. Saiba mais no MEDLINE mais . "Fazer ossos de cerâmica não é como fazer uma xícara de café de cerâmica", diz Schowengerdt. "O processo é completamente diferente." Cerâmicas comuns são feitos a partir de pós misturados com um agente de ligação. Eles são cozidos num forno (cerca de 1000 C), o que se evapora o ligante e deixa para trás uma matriz granulosa mais forte do que os pós iniciais. A fórmula química permanece inalterada. Ao contrário da xícara de café fabricantes, no entanto, "nós disparar nossa cerâmica a uma temperatura muito mais alta, de modo que os pós reagem para formar novas substâncias." Por exemplo, uma das cerâmicas mais promissoras começa como uma mistura em pó de fosfato de cálcio e compostos (CaO e P 2 O 5 ). Schowengerdt Moore e inflamar a mistura, que queima a 2600 C. CaO e P 2 O 5 reagem para produzir fosfato tricálcico (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), uma substância muito semelhantes (quimicamente) para osso real. A reacção também produz calor e subprodutos gasosos que naturalmente formam poros borbulhantes. É um bom começo, diz Schowengerdt, mas há muito mais a fazer. Por um lado, os ossos verdadeiros são porosas (fraca) no interior e sólido (forte) na parte externa. "O que temos feito é como o interior de um osso fraco, não tem ainda uma forte camada exterior Precisamos aprender a controlar o nosso processo de imitar a estratificação dos ossos reais.". Esquerda : osso natural cresce para dentro dos poros de um implante protótipo de cerâmica. Crédito da imagem: F. Schowengerdt, CCACS. Sua técnica, chamada de auto-propagação de síntese de alta temperatura ou "SHS", é realmente difícil de controlar. "Durante o processo de queima, a cerâmica é fundido. Gases ascensão e pia líquidos. Há uma grande quantidade de movimento convectivo que fazer a reação imprevisível", diz Schowengerdt. "Para entender esse processo, nós realmente precisamos fazer nossos experimentos em um ambiente sem gravidade, onde a gravidade orientada a convecção é minimizado." Pesquisadores CCACS voaram fornos a bordo comet' NASA KC-135 'vômito - um avião de vôo parabólico que fornece breves períodos de ausência de peso. Eles observaram diferenças dramáticas entre cerâmicas preparadas de gravidade normal (1-g) e as elaboradas em vôo. Por exemplo, a cerâmica de baixa gravidade tinha poros maiores e mais bem-conectado. O que aconteceu? Ninguém tem certeza porque esses breves períodos de gravidade não permite tempo suficiente para sondagem e mexer. É por isso que Schowengerdt e Moore estão olhando para a frente a março de 2003, quando uma instalação de processamento de novos materiais chamado "espaço-DRUMS TM "(um dispositivo que mantém flutuantes cerâmica de fundição imóveis usando ondas sonoras) está previsto para ser instalado na Estação Espacial Internacional. Por controle remoto a partir da Terra e com a ajuda de astronautas, eles vão ser capazes de realizar seus testes em baixa gravidade para muito mais tempo do que nunca. Direito : Clique na imagem para saber mais sobre o espaço-DRUMS TM . "Não temos a intenção de produzir em massa ossos de cerâmica na ISS", observa Schowengerdt. "Isso seria muito caro. Mas se podemos aprender mais sobre o papel da gravidade na formação de poros, poderemos ser capazes de duplicar os nossos sucessos no espaço aqui na Terra." Milhões de pessoas vão beneficiar de menos cirurgias e menos dor, se esta pesquisa produz mobiliários substitutos ósseos de cerâmica. Mas pode haver um problema: o que fazer com todos esses implantes obsoletos? Bob Hayes tem uma resposta: "Eles fazem bookends grandes." Nota do Editor : O Centro de Aplicações Comerciais de combustão no espaço é uma patrocinada pela NASA Commercial Space Center (CSC) na Escola de Minas do Colorado. Espaciais da NASA programa de Desenvolvimento de Produto (SPD), localizado no Marshall Space Flight Center, incentiva a comercialização do espaço por parte da indústria a 15 CSCs tal. Parceiros comerciais para a pesquisa descrita aqui incluem Guigne International, Ltd., Bioserve Space Technologies, Sulzer Ortopedia Biologics e Hewlett-Packard. mais informações Desenvolvimento de Produtos espaço - O objetivo do produto da NASA Desenvolvimento (SPD) do programa é ajudar as empresas americanas explorar o potencial - e colher os frutos - de fazer negócios no espaço. Fazer isso ajuda a trazer os benefícios do espaço para a Terra, onde ele pode, e não, enriquecem o cotidiano do público americano. "O investimento da indústria no espaço é alta", diz Mark Nall, gerente do programa da NASA SPD no Marshall Space Flight Center. "Nós ajudamos empresas de desenvolvimento de experimentos e ajudá-los a explorar a forma como a pesquisa espacial pode contribuir para o crescimento de seus negócios." Centro para Aplicações Comerciais de combustão no espaço - uma patrocinada pela NASA Centro Espacial Comercial (CSC) na Escola de Minas do Colorado em Denver, Colorado. NASA Comercialização de espaço - saiba mais sobre os esforços da NASA para aumentar a utilização do espaço para a pesquisa de produto comercial. As estatísticas citadas nesta história foram compilados pela Associação Americana de Cirurgiões Ortopédicos . Saiba mais sobre cerâmica porosa para reposição óssea (CCACS) e cerâmicas de vidro (CCACS) Olhos biônicos - (Science @ NASA) Utilizando tecnologia espacial, os cientistas desenvolveram extraordinários fotocélulas de cerâmica que podem reparar avaria olhos humanos. Síntese por combustão de cerâmica porosa no espaço-DRUMS - um resumo