Fot. Maciej Mutwil/Politechnika Śląska

Jak mówi prof. Wojciech Simka, kierownik Katedry Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii na Wydziale Chemicznym Politechniki Śląskiej, 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 i lepiej się z nim zrastają. Ponadto takie implanty mają większą odporność na korozję, dzięki czemu mogą dłużej utrzymywać się w organizmie – zaznacza. Simka wyjaśnia, że technologia wytwarzania powłok ceramicznych na stopach tytanu – jako najlepiej akceptowanego przez organizmy metalu – 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 i 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 – podkreśla naukowiec. Dodaje, że powierzchnia implantów jest odporna na działanie samego organizmu (m.in. poprzez chlorki czy sole), a także 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 – uprzedza Simka.

Obecność bakterii często prowadzi do stanów zapalnych – schorzeń, wymagających nieraz usunięcia implantu, czyli przeprowadzenia dodatkowej operacji. Jak tłumaczy prof. 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. Zależy nam natomiast 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 – zapewnia 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. Według niej najlepiej nadają się tutaj polibezwodniki, najszybciej z polimerów ulegające hydrolizie, jak również kopolimery – polilaktydy.

Prof. Simka akcentuje, że uczelnia, zajmując się tą kwestią od lat, ma doświadczenie we współpracy z przemysłem i firmami medycznymi. We wdrożeniu opracowanych powłok bioaktywnych pomogła Jagoda Krzysteczko-Witek, pracująca jako broker innowacji w Centrum Inkubacji i Transferu Technologii PŚ. Wdrożenia dokonano we współpracy z producentem implantów zwierzęcych – firmą Iwet. Michał Sujeta z Iwet zwraca uwagę na prostotę procesu produkcyjnego opracowanego rozwiązania i jego uniwersalność. Podkreśla przy tym, że budowa i struktura opracowanych na 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. 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 się. Powłoka ta jest też bardzo mocno adhezyjna. Nie złuszcza się z implantu, jak stosowane do tej pory powłoki. Jest natryskiwana metodą plasma spraying, a sam implant ładnie znosi proces pokrycia – ocenia Sujeta.

Krzysztof Danowski, technolog Iwet, obrazuje, że dzięki zastosowaniu powłoki ceramicznej pokryte nią tytanowe rusztowanie implantu może całkowicie 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 Politechnice Śląskiej, jakie parametry należy zastosować podczas procesu jego pokrywania, żeby najskuteczniej wytworzyć powłokę, która sprawi, że przerost będzie najlepszy – docenia Danowski. Lek. wet. Michał Stelmaszyk, który stosował już nowe rozwiązanie, opisuje, że zamawiając implant na potrzeby konkretnego pacjenta, do producenta wysyłane są dane z tomografii komputerowej wraz z określeniem szczegółowych potrzeb. Uściśla, 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. 

Autor: Mateusz Babak, Nauka w Polsce – PAP