Medžiagų mokslas ir biologinis suderinamumas: artimo{0}}radioterapijos adatų suderinamumo su gyvybe pagrindų tyrinėjimas.

Taikant artimą-radioterapiją, gydymo adata veikia kaip neorganinis pašalinis objektas, kuris ilgą laiką arba laikinai lieka žmogaus kūne, ir yra kanalas didelio aktyvumo spinduliuotės šaltiniams tiekti. Medžiagos pasirinkimas toli gražu nėra pagrįstas vien tik mechaninėmis savybėmis. Biologinis suderinamumas - medžiagos gebėjimas tinkamai reaguoti, kai ji liečiasi su žmogaus audiniais ir kūno skysčiais - yra pagrindinis principas. Tuo pačiu metu, kaip tikslus instrumentas, jis taip pat turi turėti puikų mechaninį stiprumą, atsparumą korozijai ir suderinamumą su spinduliuote. Medicinos -nerūdijančio plieno ir titano lydinių rezultatai yra išskirtiniai, kartu sukuriantys „suderinamumo gyvavimo“ pagrindą, užtikrinantį artimo- gydymo adatos saugumą ir patikimumą.
I. Pagrindiniai reikalavimai: daugiamatis biologinio suderinamumo aiškinimas. Biologinis suderinamumas yra visapusiška sistemos inžinerijos problema. Pagal ISO 10993 serijos standartus jis turi būti vertinamas iš kelių matmenų:
1. Citotoksiškumas: medžiaga arba jos ekstraktas neturi turėti slopinančio ar toksinio poveikio ląstelių augimui ir dauginimuisi. Tai pats elementariausias reikalavimas.
2. Jautrinimas: medžiaga neturėtų sukelti alerginių reakcijų žmogaus organizme. Nikelis yra dažnas alergenas, todėl nikelio elementų išsiskyrimą iš nerūdijančio plieno reikia griežtai kontroliuoti.
3. Vietinė reakcija: implantuota medžiaga po oda neturi sukelti per didelio uždegimo ar dirginimo.
4. Sisteminis toksiškumas: medžiaga neturi sukelti ūmaus ar lėtinio sisteminio toksiškumo organizme.
5. Genetinis toksiškumas: medžiaga neturi sukelti genų mutacijų ar chromosomų pažeidimų. Naudojant artimo diapazono gydymo adatas, kadangi sąlyčio su audiniais laikas svyruoja nuo kelių minučių (laikinas implantavimas) iki kelių dienų (nuolatinis dalelių implantavimas) ir gali liestis su įvairiais kūno skysčiais, tokiais kaip kraujas ir audinių skysčiai, turi būti atliktas aukščiau pateiktas išsamus arba atitinkamas biologinis įvertinimas.
II. Medicinos-nerūdijantis plienas: klasikinis pasirinkimas ir našumo balansas. Austenitinis nerūdijantis plienas, ypač AISI 316L (atitinka Kinijos 00Cr17Ni14Mo2 klasę), yra klasikinė ir plačiausiai naudojama medžiaga artimo diapazono terapinių adatų gamybai.
- Išskirtinis atsparumas korozijai: svarbiausia yra lydinio sudėtis. Chromas (Cr) (kuriame yra maždaug 16-18 %) gali sudaryti labai ploną ir tankią chromo oksido pasyvavimo plėvelę ant paviršiaus, kuri izoliuoja metalinį substratą nuo korozinės terpės (pvz., chloro jonų kūno skysčiuose). Molibdeno (Mo) pridėjimas (kurio kiekis yra maždaug 2–3%) dar labiau padidina atsparumą duobių ir plyšių korozijai aplinkoje, kurioje yra chloro jonų (pvz., fiziologinio fiziologinio tirpalo), o tai labai svarbu ilgalaikiam implantavimo saugumui.
- Puikios mechaninės savybės: 316 l nerūdijantis plienas pasižymi dideliu takumo ir tempimo stiprumu, taip pat tam tikru kietumu. Tai užtikrina pakankamą gydymo adatos standumą punkcijos proceso metu (ypač prasiskverbiant į tankias struktūras, tokias kaip prostatos kapsulės ar krūties pluoštiniai audiniai), užkertant kelią lenkimo deformacijai ir garantuojamas punkcijos kelio tiesumas ir gylio tikslumas. Jo geras apdorojimas taip pat palengvina tikslų tekinimą, šlifavimą ir poliravimą.
- Biologinio suderinamumo garantija: medicininis-klasės 316L turi griežtesnę priemaišų elementų, pvz., anglies, sieros ir fosforo, kontrolę, be to, jam taikomi specialūs lydymo ir terminio apdorojimo procesai (pvz., vakuuminis lydymas), siekiant užtikrinti audinio vienodumą ir grynumą. Nors nikelio (Ni) kiekis (apie 10–14 %) gali kelti susirūpinimą nedaugeliui pacientų, sergančių sunkia nikelio alergija, paviršiaus pasyvavimo gydymas gali žymiai sumažinti nikelio jonų išsiskyrimo greitį, todėl jis yra saugus daugumai pacientų.
- Ekonomiškumas ir prieinamumas: palyginti su titano lydiniais, 316 l nerūdijantis plienas yra pigesnis, jo apdorojimo metodai yra labiau pritaikyti, todėl tai yra ekonomiškai patikimas pasirinkimas didelės- klinikinės paskirties srityse.
III. Titanas ir titano lydiniai: aukščiausios kokybės pasirinkimas ir maksimalus našumas. Taikant aukštesnius reikalavimus, grynas titanas (CP Ti) arba titano lydiniai (pvz., Ti-6Al-4V ELI) tampa vis populiaresniu pasirinkimu.
- Neprilygstamas biologinis suderinamumas: titanas vertinamas kaip „biofilinis metalas“. Jo paviršius gali spontaniškai suformuoti stabilią, tankią ir inertišką titano dioksido (TiO₂) oksido plėvelę, kuri turi puikų giminingumą su žmogaus audiniais ir gali skatinti kaulų integraciją bei beveik nesukelia uždegimo ar alerginių reakcijų. Titano lydiniuose paprastai nėra nikelio, todėl visiškai išvengiama alergijos nikeliui rizikos.
- Didesnis specifinis stiprumas ir geresnės nuovargio savybės: titano lydinių stiprumo-svorio -svoris (savitasis stiprumas) yra daug didesnis nei nerūdijančio plieno. Tai reiškia, kad titano lydinio adatas galima padaryti plonesnes ir lengvesnes, o jų stiprumas yra toks pat ar net didesnis, taip dar labiau sumažinant pradūrimo traumą ir audinių pažeidimus. Jo puikus atsparumas nuovargiui taip pat tinka scenarijams, kai reikia pakartotinai naudoti (pvz., daugkartinio naudojimo kreipiamųjų adatų rinkiniai dezinfekcijai).
- Puikus atsparumas korozijai: titano atsparumas korozijai, ypač chloridinėje aplinkoje, yra net geresnis nei nerūdijančio plieno ir gali būti laikomas „niekada nerūdijančiu“.
- Mažas magnetinis jautrumas ir vaizdo suderinamumas: titano lydiniai yra ne-feromagnetinės medžiagos, o magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) metu sukuriami artefaktai yra minimalūs. Tai yra didelis privalumas pacientams, kuriems atliekamas artimas -diapazono gydymas vadovaujant MRT (pvz., MRT{4}}valdomas prostatos sėklų implantavimas) arba tiems, kuriems po operacijos reikalingas tolesnis MRT tyrimas. Kita vertus, nerūdijantis plienas yra feromagnetinis ir gali pasislinkti stipriame magnetiniame lauke ir sukurti didesnius artefaktus.
- Iššūkiai: titano lydinių kaina yra žymiai didesnė nei nerūdijančio plieno, o apdorojimas yra sunkesnis (pvz., šlifavimo metu gali prilipti prie šlifavimo įrankio), todėl gamybos procesams keliami aukštesni reikalavimai.
IV. Paviršiaus apdorojimas: transcendencija nuo „suderinamumo“ iki „draugiškumo“. Medžiagai būdingos savybės turi būti puikiai įrodytos kruopščiu paviršiaus apdorojimu.
1. Elektrolitinis poliravimas: tai standartinis procesas, skirtas smulkiai apdoroti nerūdijančio plieno ir titano lydinio adatas. Elektrocheminio proceso metu mikroskopiniai paviršiaus išsikišimai selektyviai ištirpsta, todėl paviršius yra lygus, panašus į veidrodį. Tai ne tik žymiai sumažina trinties koeficientą, todėl punkcijos procesas tampa sklandesnis ir sumažėja paciento diskomfortas bei audinių pažeidimai, bet dar svarbiau, kad lygus paviršius sumažina bakterijų ir bioplėvelės prisitvirtinimo galimybę, padidindamas biologinį saugumą. Titano lydinių elektrolitinis poliravimas gali dar labiau sustiprinti titano oksido oksido plėvelę ant paviršiaus.
2. Pasyvavimas: Nerūdijančiam plienui po elektrolitinio poliravimo dažniausiai atliekamas pasyvavimas azoto rūgštimi. Taip siekiama pašalinti laisvuosius geležies jonus iš paviršiaus ir skatinti storesnės bei stabilesnės chromo oksido plėvelės susidarymą, maksimaliai padidinant jos atsparumą korozijai.
3. Hidrofilinė danga (pasirenkama): kai kurie aukščiausios klasės gaminiai padengia adatos paviršių labai plona hidrofiline polimerine danga. Kai danga liečiasi su audinių skysčiu, ji tampa itin lygi, todėl pradinė prasiskverbimo jėga pradūrimo metu dar labiau sumažinama daugiau nei 50%, todėl pradūrimas yra beveik neskausmingas.
V. Medžiagos parinkimo ir klinikinio pritaikymo suderinimas. Gamintojas siūlo įvairius medžiagų variantus, atsižvelgdamas į įvairius klinikinius reikalavimus:
- Standartinis perkutaninis punkcinis implantavimas: daugumai laikinų implantų (pvz., transperinealinės prostatos punkcija ir intersticinio krūties audinio implantacija), kurie pašalinami po gydymo, medicininis 316L nerūdijantis plienas yra pagrindinis pasirinkimas dėl puikaus visapusiško našumo ir ekonomiškumo{2}}.
- Nuolatinis dalelių implantavimas: nuolatiniams jodo-125 arba paladžio-103 dalelių implantams, sergantiems prostatos vėžiu, dalelių adata laikinai liks organizme kaip nešiklis. Nors galiausiai jis bus pašalintas, atsižvelgiant į galimą poveikį nedideliam nikeliui alergiškų pacientų skaičiui ir galimus tolesnio MRT reikalavimus ateityje, vis daugiau centrų renkasi titano lydinio adatas.
- MRT-vadoma/suderinama brachiterapija: plačiai naudojant MRT-vadomą brachiterapiją, titano lydinys tapo tinkamiausiu pasirinkimu pagal šį scenarijų dėl jo beveik ne-prieštaringų savybių.
- Kombinuota diagnostika ir gydymas: kai kuriais atvejais, kai biopsija ir gydymo planavimas turi būti atliekami vienu metu, adatos standumui ir aštrumui keliami aukštesni reikalavimai. Dėl didelio titano lydinio specifinio stiprumo titano lydinio galima padaryti plonesnes ir aštresnes adatas, išlaikant standumą.
VI. Ateities perspektyvos: naujos medžiagos ir nauji procesai. Medžiagų mokslo plėtra yra begalinė. Formos atminties lydiniai, tokie kaip Nitinolis, dėl savo unikalaus superelastingumo gali gaminti lankstesnes adatas, kurios gali prisitaikyti prie lenktų takų. Taip pat vyksta biologiškai skaidžių polimerinių medžiagų tyrimas, siekiant sukurti laikinus tiekimo įrenginius, kurie galėtų saugiai skaidytis organizme, tačiau susiduriama su tokiais iššūkiais kaip stiprumas ir kontroliuojamas skilimas. Be to, paviršiaus funkcionalizavimo modifikacijos, pvz., antibakterinių dangų arba antikoaguliantų dangų uždėjimas ant adatos paviršiaus, siekiant dar labiau sumažinti infekcijos ir trombozės riziką, taip pat yra tyrimų taškai.
Apibendrinant galima pasakyti, kad medžiagų, skirtų artimo{0}} spindulinės terapijos adatoms, parinkimas yra mokslinis ir meninis siekis pasiekti optimalią biologinio suderinamumo, mechaninių savybių, vaizdo suderinamumo, apdorojimo metodų ir sąnaudų pusiausvyrą. Nesvarbu, ar tai būtų klasikinis 316L nerūdijantis plienas, ar aukščiausios klasės titano lydinys, už jų slypi gilus medžiagų savybių supratimas ir didelė atsakomybė už pacientų saugą. Būtent šie nematomi „medžiaginiai pamatai“ tyliai palaiko kiekvieną tikslią dozės tiekimą ir užtikrina radioterapijos veiksmingumą ir saugumą.