Jak mówił na środowym briefingu kierownik katedry chemii nieorganicznej, analitycznej i elektrochemii w Wydziale Chemicznym Politechniki Śląskiej prof. Wojciech Simka, celem prowadzonych w katedrze badań było opracowanie takich powłok bioaktywnych, które umożliwiłyby jak najlepszą tolerancję pokrytych nimi implantów przez organizmy.
“Dlatego wprowadzamy tam pierwiastki, które są w naszych kościach: wapń, potas, fosfor, czyli naturalne budulce kości. Dzięki temu komórki pacjenta lepiej czują się na takim implancie, lepiej się z takim implantem zrastają. Ponadto takie implanty mają większą odporność na korozję, dzięki czemu mogą dłużej utrzymywać się w organizmie” – zaznaczył.
Simka wyjaśnił, że technologia wytwarzania powłok ceramicznych na stopach tytanu – jako metalu najlepiej akceptowanego przez organizmy – bazuje na wysokonapięciowym utlenianiu elektrochemicznym, które umożliwia wytwarzanie powłok porowatych, które pod względem struktury (niezależnie od uzyskiwanego składu chemicznego) przypominają kości.
Dzięki tej technice “jesteśmy w stanie wykonać na implantach powierzchnię o bardzo skomplikowanym kształcie, o jednorodnym składzie chemicznym. Inne zalety to łatwość sterylizacji, a także możliwość wykorzystania implantu przez weterynarza czy też lekarza bez specjalnego instrumentarium medycznego. Wystarczą standardowe narzędzia” – podkreślił naukowiec.
Dodał, że powierzchnia implantów jest odporna na działanie samego organizmu (m.in. poprzez chlorki czy sole), a także na biomechanikę. “Nadanie bioaktywności, wprowadzenie tych pierwiastków – to nie wszystko dlatego, że organizm lubi zwalczać to, co się do niego wprowadza; do tego dochodzą różnego rodzaju infekcje” – zaznaczył Simka.
Obecność bakterii często prowadzi do stanów zapalnych – schorzeń wymagających nieraz usunięcia implantu, czyli przeprowadzenia dodatkowej operacji. Jak wyjaśniła prof. PŚ Alicja Kazek-Kęsik z tej samej katedry, tego ryzyka dotyczy obecnie trwający projekt, finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, którego celem jest pokrycie implantów powłoką uwalniającą odpowiedni lek.
“Ale w minimalnej dawce, ponieważ ograniczamy stosowanie antybiotyków. Natomiast zależy nam na tym, aby zwierzęta jak najszybciej wracały do sprawności. Stąd pomysł, aby te porowate warstwy powłok pokryć dodatkowo cienką warstwą polimeru z niewielką ilością antybiotyku, ale wystarczającą, aby zapobiegać osiadaniu bakterii” – wyjaśniła Kazek-Kęsik.
W doborze polimerów, które w określonym czasie w środowisku fizykochemicznym organizmu ulegną biodegradacji, pomaga dr Monika Śmiga-Matuszowicz z katedry fizykochemii i technologii polimerów. Jak wyjaśniła Śmiga-Matuszowicz, są to polibezwodniki, najszybciej z polimerów ulegające hydrolizie, jak również kopolimery – polilaktydy.
Prof. Simka zaakcentował, że uczelnia, zajmując się tą kwestią od lat, ma doświadczenie współpracy z przemysłem, firmami medycznymi. We wdrożeniu opracowanych powłok bioaktywnych pomogła pracująca jako broker innowacji w Centrum Inkubacji i Transferu Technologii PŚ Jagoda Krzysteczko-Witek.
Wdrożenia dokonano we współpracy z producentem implantów zwierzęcych, firmą Iwet. Michał Sujeta z Iwet zwrócił uwagę na prostotę procesu produkcyjnego opracowanego rozwiązania i jego uniwersalność. Zaznaczył przy tym, że budowa i struktura opracowanych w PŚ powłok jest znacznie korzystniejsza, niż dotąd stosowanych.
“Te implanty są dużo lepiej tolerowane przez organizm zwierzęcy, przez tkankę kostną, dzięki czemu przerost implantów, które produkujemy – a są to w dużej mierze implanty ortopedyczne, które zostają w organizmie pacjenta przez całe życie – powoduje bardzo ładne zrastanie się ich i brak problemów z ich odrzucaniem” – powiedział.
“Do tej pory mamy też kilka wszczepień protez bionicznych, które zastępują kończynę zwierzęcia. Po użyciu tej powłoki nie mieliśmy problemu z odrzuceniem takiej protezy czy też z gojeniem. Powłoka ta jest też bardzo mocno adhezyjna. Nie złuszcza się z implantu, jak powłoki stosowane do tej pory. Jest natryskiwana metodą plasma spraying, a sam implant ładnie znosi proces pokrycia” – zapewnił Sujeta.
Technolog z Iwet Krzysztof Danowski zobrazował, że dzięki zastosowaniu powłoki ceramicznej pokryte nią tytanowe rusztowanie implantu może w pełni zrosnąć się z tkanką kostną zwierzęcia, przejmując pełne obciążenie tego elementu kości, który trzeba było usunąć ze względu na nowotwór czy ciężki uraz.
“Mamy kilka udanych wdrożeń. Projektując implant na zamówienie wiemy, dzięki wiedzy Politechniki Śląskiej, jakie parametry należy zastosować podczas procesu jego pokrywania, żeby najskuteczniej wytworzyć powłokę, która sprawi, że przerost będzie najlepszy” – wskazał Danowski.
Lekarz weterynarii Michał Stelmaszyk, który stosował już nowe rozwiązanie wyjaśnił, że zamawiając implant nad potrzeby konkretnego pacjenta, do producenta wysyłane są dane z tomografii komputerowej wraz z określeniem szczegółowych potrzeb. Uściślił, że dotychczasowe wdrożenia miały miejsce przede wszystkim u psów i kotów.
Politechnika Śląska dla swojego wynalazku uzyskała siedem patentów krajowych, dotyczących powłok bioaktywnych, a także osiem patentów krajowych i cztery zgłoszenia europejskie dotyczące powłok polimerowych o właściwościach bakteriostatycznych. (PAP)
autor: Mateusz Babak
mtb/ zan/