Naukowcy z Politechniki Warszawskiej pracują nad spersonalizowanymi implantami kostnymi kręgosłupa i czaszkowo-szczękowo-twarzowymi, łączącymi technologię modyfikacji powierzchni z drukiem 3D. Efekty polsko-tureckiego projektu będą wykorzystywane m.in. w medycynie regeneracyjnej, ortopedii oraz traumatologii.
Projekt OSTEOFUSE ma na celu połączenie wiedzy i doświadczenia interdyscyplinarnych zespołów badawczych z Turcji oraz Polski w partnerstwie nauka–przemysł. Sam akronim odnosi się do wypracowania nowoczesnego pokrycia implantów kostnych drukowanych z materiału PEEK w celu poprawy ich bio-integracji z otaczającą implant tkanką kostną.
Pierwszy implant wykonany w tej technologii został zastosowany klinicznie w 2021 roku. Wykorzystanie technologii druku 3D pozwala na znacznie dokładniejsze odwzorowanie kształtu implantu, a co za tym idzie personalizacji wytwarzanego implantu, co sprzyjać będzie szybszemu powrotowi pacjenta do zdrowia – tłumaczy dr Jakub W. Trzciński z Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii Politechniki Warszawskiej. – Mimo że PEEK wykazuje biokompatybilność i był z powodzeniem stosowany w ortopedii oraz stomatologii, nadal konieczne są dalsze badania i prace rozwojowe w celu uzyskania lepszych efektów funkcjonalnych.
Jest to szczególnie istotne w przypadkach, gdy wymagana jest integracja implantu z kością, ponieważ obecnie materiał ten nie posiada takiej właściwości. Jedną z najważniejszych strategii poprawy właściwości wyrobów medycznych mających kontakt z tkankami ludzkimi jest modyfikacja ich powierzchni poprzez odpowiednio zaprojektowane powłoki.
Jak zaznacza dr Trzciński, OSTEOFUSE jest stricte polską innowacją, a sama idea zrodziła się w głowach naukowców z PW i ekspertów polskiej firmy Stenocoat – partnera w konsorcjum. Spółka specjalizuje się w opracowywaniu metod powlekania powierzchni wyrobów medycznych w celu nadania im pożądanych właściwości klinicznych. Stąd ścisła współpraca pomiędzy przemysłem a jednostką naukową, która pozwoli na opracowanie biozgodnych pokryć w kontekście implantów PEEK.
W międzynarodowym konsorcjum
Dr Jakub Trzciński prowadzi w ramach projektu m.in. badania z użyciem mikroskopii elektronowej i badania potencjału zeta powierzchni, które odpowiedzą na pytanie czy wytworzone powierzchnie będą odpowiednim kandydatem do osteointegracji. W przedsięwzięcie zaangażowani są także naukowcy z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej: dr inż. Michał Wojasiński – kierownik Laboratorium Otrzymywania i Funkcjonalizacji Nanohydroksyapatytu (LabOFn), który zajmie się syntezą precyzyjnie zdefiniowanego hydroksyapatytu, oraz dr inż. Rafał Podgórski – ekspert w dziedzinie badań komórkowych, który odpowiada za ocenę biozgodności oraz cytotoksyczności wytworzonych implantów.
Pomaga nam też prof. Tomasz Ciach – wybitny naukowiec, wynalazca, którego bezpośrednie zaangażowanie w prace przy projektowaniu pokryć i walidacji otrzymanych prototypów pozwoli na szybkie i sprawne przekazywanie próbek do partnerów z Turcji, odpowiedzialnych m.in. za walidację bezpieczeństwa i zachowania się implantów na modelu zwierzęcym – wskazuje dr Jakub W. Trzciński.
Firma Stenocoat odpowiedzialna jest za wytworzenie pokrycia zawierającego materiały opracowane w Politechnice Warszawskiej. Z kolei turecka firma Trabtech dostarczy implanty z PEEK wytworzone w technice druku 3D, zaś Uniwersytet w Ankarze zwaliduje bezpieczeństwo wypracowanych w Polsce pokrytych implantów PEEK na modelu zwierzęcym.
Ambitne plany
Największym wyzwaniem dla naukowców będzie dostosowanie pokrycia w taki sposób, by było ono bezpieczne dla końcowego użytkownika. Odpowiedź na to pytanie zostanie uzyskana po testach na modelu zwierzęcym przeprowadzonych przez partnerów z Uniwersytetu w Ankarze. Nadrzędnym celem zespołu jest doprowadzenie do pełnej komercjalizacji wytworzonego rozwiązania, tak by miało ono realny wpływ na poprawienie jakości życia ludzi.
Z uwagi na przeznaczenie implantu jednym z kluczowych elementów oraz wymagających bardzo dużych nakładów pracy będzie ocena ich biozgodności oraz biobezpieczeństwa, by wykluczyć potencjalne złe oddziaływania na organizmy żywe podczas prac na modelu zwierzęcym – przewiduje dr Trzciński.
Efekty projektu będą wykorzystywane głównie w branży medycznej: medycynie regeneracyjnej, ortopedii oraz traumatologii, w celu poprawy jakości życia pacjentów po wypadkach oraz przewlekłych chorobach (m.in. choroby nowotworowe kości), czyli wszędzie tam, gdzie potrzebna jest odbudowa kości. Ponadto użycie druku 3D wraz z nowym pokryciem osteoindukcyjnym pozwoli skrócić rekonwalescencję pacjentów, poprawić ich jakość życia oraz umożliwi leczenie bardzo trudnych przypadków klinicznych, gdzie standardowe metody leczenia chirurgicznego oraz implantologii nie mogą pomóc pacjentowi.
Zakończenie prac w projekcie OSTEOFUSE przewidziano na połowę 2027 roku.
MK, źródło: PW