Kierunki rozwoju biomateriałów i implantów – nadzieje i zagrożenia

Andrzej ZielińskiPolitechnika Gdańska, Katedra Inżynierii Materiałowej i Spajania,

Zespół Biomateriałów

• Powszechną nadzieją i oczekiwaniem ludzkości jest przygotowanie przez inżynierów i wdrożenie przez lekarzy odpowiednich biomateriałów, a na ich bazie implantów dla każdego organu. Jest to dziś wciąż nierealne, a przemijające lata przynoszą i nadzieje, i rozczarowania.

• Każdy najdrobniejszy wysiłek zmierzający do wzrostu jakości życia i jego długości jest ważny. Z tego powodu istnieje na Pomorzu Gdańskim Inteligentna Specjalizacja „Long Healthy Life” oraz działa aktywnie Grupa Badawcza Politechniki Gdańskiej i Instytutu Vivadental (PGV).

Implant stomatologiczny: śruba Branemarka

• Nadzieja na nowe zęby na całe życie, ale …

• Obecne implanty śrubowe wykonywane są bądź ze względnie słabego tytanu metalicznego, bądź ze stopu Ti-Al-V o stwierdzonej toksyczności długotrwałej.

• 50% z nich wypada przed upływem 10 lat od chwili wszczepienia.

• Nie są w ogóle dopasowane do pierwotnego otoczenia ze względu na kształt śruby (dopiero korona daje taki efekt), a frezowanie jako metoda daje drogie implanty.

Implant personalizowany

• Drukowane zęby z żywicy, cyrkonii, tytanu,

• Projekt budowy implantu i narzędzia (dr Leszek Dąbrowski), wytwarzanie metodą druku 3D (dr Tomasz Seramak), obróbka powierzchniowa i umocowanie chemiczno-biologiczne (dr Milena Supernak-Marczewska).

• Nadzieje: szybka stabilizacja, wysoka wytrzymałość i twardość, idealne dopasowanie, brak podatności na kruche pękania.

• Obecnie trwają badania rozwojowe nad nowym implantem (1-3 lat).

Implant dwustrefowy

• Periimplantitis, zapalenie tkanek wokół implantu, ma jako przyczyny m.in. niewłaściwą higienę jamy ustnej, nikotynizm, stan zapalny kieszonek dziąsłowych.

• Propozycje zapobiegania: aminokwasy, aspiryna,

• Obserwacje: implanty o powierzchni gładkiej są słabiej umocowane, ale bardziej odporne na chorobę.

• Nadzieja: implant dwustrefowy lub gradientowy, o powierzchni szorstkiej w głębszej części i gładszej – w części płytszej, ze specjalną różną fizykochemiczną modyfikacją powierzchni (dr Ossowska).

Warstwy tlenkowe

• Badania stosowane prowadzone są w celu uzyskania warstw o dużej odporności na korozję, pozwalających na dużą przyczepność hydroksyapatytu i właściwości biobójcze, w tym na implantach śrubowych (dr Ossowska, dr Sobieszczyk, dr Supernak-Marczewska, dr Jażdżewska, mgr Bartmański).

Powłoki (nano)hydroksyapatytowe• Obecnie: stosowane rzadko na implanty śrubowe.

• Badania rozwojowe w celu uzyskania najbardziej elastycznych i przyczepnych powłok biozgodnych (dr Sobieszczyk, dr Supernak-Marczewska, dr Jażdżewska, dr Świeczko-Żurek, mgr Bartmański, mgr Trybuś, mgr Szoka).

Implant z osłoną biologiczną

• Tradycyjne implanty stomatologiczne nie są modyfikowane powierzchniowo w sposób zapewniający ochronę przeciwko drobnoustrojom; stosuje się jedynie osłonę antybiotybiotykami branymi doustnie.

• Istnieje wiele implantów mających na sobie powłoki z nanosrebrem.

• Badania rozwojowe mają na celu wytworzenie specjalnej elastycznej powłoki nanohydroksyapatytowej z dodatkiem kilku wybranych nanometali, pozwalającej na ochronę lokalną do trzech miesięcy po implantacji (mgr Bartmański, dr Świeczko-Żurek).

Materiał kościozastępczy kompozytowy• Obecne komercyjne materiały allogenne mają niezbyt

skomplikowany skład, a ich morfologia niekoniecznie stymuluje szybki wzrost tkanki kostnej.

• Istnieje ogromna liczba patentów i prowadzone są tysiące badań nad tym problemem.

• Badania rozwojowe (dr Supernak-Marczewska - Viva, dr Jażdżewska - PG) mają na celu otrzymanie materiału wieloskładnikowego na bazie nanohydroksyapatytu i biobójczego chitosanu oraz składnika biodegradowalnego z dodatkiem czynnika wzrostu i komórek macierzystych, dostosowanego do danego pacjenta.

Implant szczękowo-twarzowy

• Implanty lite wytwarzane metodą frezowania wg jednego z patentów (Aveiro i Bordeaux) mają tendencję do wczesnego obluzowania.

• Wspólne badania bazują na propozycji zaprojektowania perforowanego implantu ze stopu tytanu o odpowiednio zmodyfikowanej powierzchni (dr Seramak, dr Supernak-Marczewska & prof. Mesnard, prof. Ramos).

Implanty o zróżnicowanej nanopowierzchni

• Nanotopografia powierzchni wydają się mieć kapitalne znaczenie w intensywności i szybkości zjawisk biochemicznych prowadzących do trwałego połączenia implantu z kością (Acta Biomaterialia, w druku).

• Badania rozwojowe nad technologią laserowej obróbki implantów (dr Majkowska, dr Jażdżewska).

Podbudowy protetyczne drukowane • Tradycyjne podbudowy pod korony wytwarzane są z

reguły albo ze stopu kobaltu, albo z ceramiki cyrkoniowej metodą frezowania.

• Badania rozwojowe mają na celu wytwarzanie podbudów z nietoksycznego stopu Ti13Zr13Nb metodą druku 3D (selektywne przetapianie laserem proszku stopu), utlenianego w celu nadania odporności na korozję i właściwej barwy maskującej metal (dr Seramak, mgr Zasińska, firma Jerzy Andryskowski).