Fot. Dr Natalia Wójcik, źródło: Dawid Linkowski/Politechnika Gdańska

Materiały, z których obecnie produkuje się implanty kostne, mają w swoim składzie szkła bioaktywne. Są to powszechnie stosowane szkła, tworzone na bazie krzemianu, które są dodawane nawet do niektórych past do zębów. Dzięki nim implanty posiadają właściwości zmuszające kość do regeneracji dokładnie w miejscu, w którym się znajdują. 50% składu wagowego tych szkieł stanowi tlenek krzemu, a pozostałość to domieszki tlenku fosforu, wapnia i sodu. – Szkła na bazie krzemianu, które są teraz używane, bardzo wolno ulegają rozpuszczeniu. Jeśli umieścimy ten materiał w miejscu ubytku kości, ma on stymulować kość do wytwarzania hydroksyapatytu (głównego budulca kości) i tym samym – regeneracji, sam stopniowo ulegając rozpuszczeniu. Klasyczne bioszkło z dużą zawartością krzemu rozpuszcza się jednak zbyt wolno – od roku, do nawet kilku lat. Problemem jest fakt, że krzem to pierwiastek, który występuje naturalnie w organizmie ludzkim tylko w śladowych ilościach. Nie znamy długofalowych konsekwencji jego utrzymywania się w organizmie w dużym stężeniu – mówi badaczka.

Zastąpienie głównej matrycy krzemianowej w produkcji bioszkła matrycą fosforanową powoduje o wiele większy wzrost rozpuszczalności materiału, ponieważ takie są właściwości fosforanów. Co więcej, fosfor występuje u organizmów żywych i jest naturalnym budulcem kości, dlatego jego rozpuszczanie nie będzie obciążaniem, jak w przypadku krzemu. Dr Natalia Wójcik pracuje nad materiałami na bazie fosforanów, które osiągną optymalne dla danego ubytku kostnego właściwości rozpuszczania. – Najprościej mówiąc, implant musi się rozpuszczać na tyle wolno, żeby kość zdążyła się zregenerować i na tyle szybko, by w ostatnim etapie regeneracji nie przeszkadzać – tłumaczy dr Wójcik. 

W składzie bioszkieł wytwarzanych i testowanych przez badaczkę poza fosforem znajdują się wapń i sód oraz niob i azot. Domieszkowanie niewielką ilością azotu nie powoduje negatywnych skutków dla organizmu, a wpływa na rozpuszczalność. Niob z kolei polepsza właściwości bioaktywne materiału i również wpływa na rozpuszczalność. W kolejnym etapie dr Wójcik rozszerzyła swoje badania in vitro rozpuszczalności bioaktywnych szkieł  o magnez i glin. Do tej pory opublikowała cztery artykuły na ten temat. Swoje badania prowadzi we współpracy z ośrodkami naukowymi ze Szwecji, Finlandii i Arabii Saudyjskiej oraz z pomocą inż. Stefanii Wolff. Efektem badań miałby być kompozyt, z którego można wytwarzać nowoczesne implanty do wypełnień mini ubytków w kościach i który będzie przyspieszał regenerację kości lub służył za powłokę dla stałych implantów, np. tytanowych.

Projekt pn. „Niobium and. nitrogen containing bioactive glasses and. glass-ceramics for bone-implant applications” realizowany jest w ramach programu Argentum Triggering Research Grants. Przyznane środki to: 273 430 zł. Projekt jest realizowany w ramach Centrum Materiałów Przyszłości.