Wstrzykiwalne, bardziej skuteczne i aktywnie wspomagające odbudowę tkanek cementy kostne opracowuje zespół naukowców i studentów Politechniki Gdańskiej. Znajdą szerokie zastosowanie w ortopedii i chirurgii urazowej.
Cementy kostne do zastosowań medycznych, czyli samoutwardzalne substytuty kości, to zwykle biomateriały składające się z proszku i płynu. Zmieszane tworzą pastę, która po zaaplikowaniu do organizmu twardnieje w wyniku specyficznej reakcji chemicznej. W medycynie stosuje się obecnie cementy polimerowe (głównie na bazie polimetakrylanu metylu) i ceramiczne (zwykle na bazie fosforanów wapnia), przy czym pierwsze nie są bioaktywne, a więc nie tworzą stabilnego biopołączenia z tkanką kostną i nie sprzyjają regeneracji, a drugie mają słabe właściwości mechaniczne i są trudno aplikowalne. Młodzi naukowcy z Politechniki Gdańskiej pracują nad alternatywnymi materiałami pozbawionymi tych ograniczeń.
Już dziś możemy zaproponować nowe rozwiązania w aspekcie wstrzykiwalnych biokompozytowych cementów kostnych, które opracowaliśmy na bazie fosforanu magnezu i wzbogaciliśmy różnymi hydrożelami. Nasze cementy wyróżniają się poprawionymi właściwościami użytkowymi i obniżoną kruchością, dzięki czemu posiadają znaczący potencjał do odbudowy kości. Aplikowane w minimalnie inwazyjnych zabiegach chirurgicznych powinny sprostać wymaganiom współczesnej medycyny – tłumaczy dr inż. Marcin Wekwejt z Zakładu Technologii Biomateriałów na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa PG.
Prowadzone obecnie prace naukowe koncentrują się na dalszej optymalizacji biofunkcjonalności tworzonych cementów kostnych. Celem jest uzyskanie bardziej biomimetycznego materiału o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej (potencjalnie wykazującego również tzw. pseudoplastyczność), a także takiego, który posiada właściwości fizyko-chemiczne dopasowane do konkretnych zastosowań medycznych.
Podjęliśmy wyzwanie opracowania cementu podwójnie wiążącego, który powstaje w wyniku dwóch „sterowalnych” i zachodzących jednocześnie reakcji utwardzania: ceramicznej (hydratacji) i polimerowej (sieciowania), aby można dodatkowo dostosować tempo utwardzania pod dany zabieg chirurgiczny dla jeszcze łatwiejszej i bezpieczniejszej aplikacji materiału – wyjaśnia dr inż. Marcin Wekwejt. – Dążymy do tego, by nasze cementy w sposób odpowiedni ulegały pełnej biodegradacji po implantacji i wykazywały jak najkorzystniejsze właściwości biologiczne. Oznacza to również, że materiał, poprzez uwalnianie bioaktywnych jonów, ma wspomagać namnażanie komórek kostnych oraz sprzyjać tworzenie stabilnego wiązania z organizmem człowieka, przyczyniając się do skutecznej regeneracji kości – dodaje kierownik badań.
Zaproponowane cementy mają znaleźć szerokie zastosowanie w medycynie – przy różnego rodzaju złamaniach, osteoporozie, schorzeniach takich jak np. peri-implantitis (czyli reakcja zapalna okolicznych tkanek na implant), czy przy ubytkach kostnych po resekcji nowotworów.
Studencki wkład w projekt badawczy
Badania nad samym ceramicznym cementem kostnym, który stanowi główny komponent przyszłych biomateriałów, zespół naukowców rozpoczął od realizacji projektu, w który zaangażowani zostali również studenci. Przeanalizowano różne parametry technologiczne i ich wpływ na końcowe właściwości tego materiału. Efektem pracy była autorska technologia otrzymywania cementu ceramicznego, którą zgłoszono do ochrony patentowej. W kolejnym projekcie młodzi badacze wraz ze studentami kontynuowali prace, modyfikując cement poprzez dodatek różnych polimerów, w większości naturalnego pochodzenia, aby poprawić właściwości użytkowe materiału.
W przedsięwzięcie zaangażowani są członkowie międzywydziałowego Koła Naukowego Materiały w Medycynie skupiającego studentów z Wydziału Chemicznego, Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej oraz Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej. W pracach uczestniczą też naukowcy z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego i Uniwersytetu w Würzburgu.
źródło: PG