Nad rozwiązaniem problemu braku właściwego połączenia pomiędzy implantem a otaczającą tkanką kostną pracuje zespół naukowców z Politechniki Warszawskiej. We współpracy z badaczami z Tawaniu zaprojektują trójwymiarowo drukowaną strukturę porowatą z tlenku cyrkonu, naśladującą naturalną strukturę miazgi w kości żuchwy.
Średnia długość życia ludzi podwoiła się w ciągu ostatnich stu lat. Ze względu na dłuższe życie, ludzie coraz częściej cierpią z powodu problemów zdrowotnych, a część z nich może prowadzić do problemów z uzębieniem, w ostateczności nawet do utraty zębów. Implanty dentystyczne oparte na śrubach, obecnie złoty standard w stomatologii, choć mają wysoki wskaźnik skuteczności, to część osób doświadcza problemów z nimi związanych. Część implantów zawodzi wkrótce po zabiegu lub w ciągu dwóch lat po nim.
Naukowcy z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej pracują nad rozwiązaniem problemu braku właściwego połączenia pomiędzy implantem a otaczającą tkanką kostną, czyli tzw. osseointegracji w implantach stomatologicznych. Wraz z badaczami National Taipei University of Technology z Tajwanu zaprojektują trójwymiarowo drukowaną strukturę porowatą z tlenku cyrkonu, naśladującą naturalną strukturę miazgi w kości żuchwy. Porowate wnętrze zostanie wypełnione biodegradowalnym hydrożelowym biomateriałem, opartym na materiałach polimerowych – specjalnie usieciowanych chitozanie, poliwinylopirolidonie i poli(glikolu etylenowym), zawierającym domieszkowane nanocząstki hydroksyapatytu. Syntetyczne nanocząstki hydroksyapatytu są materiałem bardzo zbliżonym do minerałów występujących w kościach zwierząt i ludzi. Takie połączenie materiałów drukowanych, hydrożelu oraz bioaktywnych nanocząstek ma zapewnić odpowiednie sygnały wspierające regenerację tkanki kostnej, tzw. sygnały osteokondukcyjne i osteoindukcyjne, oraz stworzy warunki i biomimetyczną strukturę (zbliżoną do struktury występującej naturalnie w kościach) do integracji implantu z tkankami pacjenta.
– W projekcie planujemy zastosowanie metod inżynierii chemicznej do przewidywania właściwości otrzymywanych biomateriałów – hydrożelu, a szczególnie nanocząstek hydroksyapatytu, aby zapewnić wypełnienie implantów o odpowiedniej strukturze i właściwościach bioaktywnych – zapowiada dr inż. Michał Wojasiński, kierownik projektu. – Liczymy, że wyniki badań in vitro wskażą drogę do rozwoju technologii bioaktywnych porowatych implantów tkanki kostnej.
Zadania prowadzone przez polski zespół koncentrują się głównie na syntezowaniu i zmodyfikowaniu nanocząstek hydroksyapatytu, aby wykazywały właściwości bioaktywne. Opracowywane w zespole nanocząstki nie tylko udają naturalnie występujące w kościach mineralne struktury, ale również pełnią aktywną rolę w przemianach biologicznych zachodzących naturalnie w kościach. Co więcej, zespół przygotuje także materiał hydrożelowy, który ma obecnie zastosowanie jako biomateriał, w tym w regeneracji dysków międzykręgowych. Dodatkowo, naukowcy z Politechniki Warszwaskiej mają doświadczenie w tworzeniu materiałów do druku 3D z wykorzystaniem polimerów i cząstek materiałów z grupy fosforanów wapnia, takich jak hydroksyapatyt. Dzięki takim kompetencjom, połączenie biomateriału hydrożelowego i nanocząstek z biomateriałami wykonanymi z tlenku cyrkonu przez zespół z Tajwanu powinno doprowadzić do powstania implantów, które poddane zostaną szeregowi badań in vitro, zaczynając od określenia cytotoksyczności otrzymanych struktur, a kończąc na weryfikacji wpływu bioaktywacji komórek ludzkich przez nanocząstki.
Kompetencje naukowców z National Taipei University of Technology (NTUT) skupiają się na innowacjach w zakresie technologii druku 3D, szczególnie w obszarze tworzenia obiektów przy użyciu wielomateriałowego druku 3D oraz w biomechanicznych symulacjach implantów. Zajmują się oni także analizą wpływu obciążeń dynamicznych na stabilność i zdrowie kości, co ma znaczenie w projektowaniu implantów medycznych.
Projekt „Ceramiczna biomimetyczna porowata struktura z bioaktywnym wypełnieniem hydrożelowo-hydroksyapatytowym dla zwiększenia osteointegracji” jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach XII. konkursu polsko-tajwańskiego na dwustronne projekty badawcze.
źródło: PW