Polsko-austriacki projekt jest kierowany przez dr inż. Agnieszkę Tomalę z Politechniki Krakowskiej oraz prof. Carstena Gachota z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu. Partnerem jest także Uniwersytet Łódzki. Badania polskich zespołów są finansowanego ze środków NCN w ramach konkursu OPUS 24+ LAP.

„Nasze badania odpowiadają na wyzwania związane z postępującym się starzeniem społeczeństwa oraz obserwowanym zwiększeniem częstotliwości stosowania implantów ortopedycznych. Dzisiaj implanty są projektowane tak, aby ich trwałość była jak największa, w rzeczywistości jednak są niedoskonałe” – podkreśliła fizyk dr inż. Agnieszka Tomala w rozmowie z Nauką w Polsce.

Jak tłumaczyła naukowczyni, cykliczne obciążenia oraz tarcie prowadzi do ścierania i powstawania cząstek zużycia powodujących zapalenia, a w konsekwencji do awarii całego implantu i konieczności operacji ich usunięcia lub rewizji (wymiany). „Konieczna jest zatem osteointegracja biomateriału kompozytowego z kością, co zapobiegnie obluzowaniu się implantu, a tym samym poprawi jego trwałość” – dodała.

Celem projektu jest więc opracowanie nowatorskiego biomateriału kompozytowego, o wysokiej jakości i trwałości. W skład tego materiału wchodzi tytan (Ti), hydroksyapatyt (HAp) oraz innowacyjny dwuwymiarowy nanomateriał MXene. „MXene, posiada warstwowe ułożenie struktur dwuwymiarowych, tworzących morfologię płatkową, które łatwo przesuwają się względem siebie. MXenes składają się zazwyczaj z tytanu i węgla, które posiadają już udowodnione doskonałe właściwości w wielu zastosowaniach technicznych i medycznych” – wskazała Tomala.

Ponadto, naukowcy w swoich pracach badawczych wykorzystają innowacyjną technikę. „Promieniowanie laserowe zostanie wykorzystane do wytworzenia uporządkowanych małych kieszeni na powierzchni materiału. Taka strukturyzacja laserowa otwiera głębokie pory w kompozytach Ti/HAp/MXene, co dodatkowo poprawi transport i wzrost komórek osteogennych w obszarze implantu. Ponadto kieszenie laserowe mogą służyć jako zbiorniki na płyny fizjologiczne smarujące zmniejszające tarcie i zużycie zaangażowanych powierzchni. W tym konkretnym rozwiązaniu środkiem smarującym, poprawiającym charakterystyki tribologiczne będzie MXene” – powiedziała badaczka.

Opracowane biomateriały zostaną następnie poddane ocenie biozgodności in-vitro: kompleksowym badaniom z wykorzystaniem technik hodowli komórkowych, badaniom mikrobiologicznym, prozapalnym, pro-regeneracyjnym i morfologicznym.

Opisywane badania to badania podstawowe. Przed potencjalnym wdrożeniem, zanim biomateriał mógłby być wykorzystywany do leczenia, musiałby przejść jeszcze wiele badań m.in. ocenę bezpieczeństwa i bioaktywności in vivo użytych materiałów, wykluczenia potencjalnego działania genotoksycznego/rakotwórczego, wykluczenia interakcji z krwią i działania drażniącego/uczulającego na skórę oraz charakterystykę jakościową i ilościową produktów rozpadu badanych materiałów.

Projekt pt. Przyszła generacja bioaktywnych strukturyzowanych laserowo biomateriałów na bazie Ti/HAp/MXene jest finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu OPUS 24+ LAP. Zadania badawcze realizowane przez polskie zespoły będą finansowane ze środków NCN w kwocie ponad 1,7 mln zł, zaś koszt pracy zespołów austriackich pokryje Austrian Science Fund (FWF).

Partnerami projektu są: Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki, Wydział Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego oraz Wydział Inżynierii Mechanicznej Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu.

Nauka w Polsce, Agnieszka Kliks-Pudlik

akp/ agt/