Polscy badacze blisko przełomu. Implant kości może odmienić medycynę

Naukowcy z Politechniki Krakowskiej prowadzą badania nad specjalnym implantem. Materiał, nad którym pracuje grupa badawcza, może być ratunkiem dla osób potrzebujących implantów kości - przede wszystkim twarzoczaszki.

Eksperci zajmują się badaniami nad bioaktywnym materiałem, który zostanie wykorzystany do drukowania implantów kości dopasowanych do indywidualnych potrzeb danego pacjenta, a specjalna technologia pozyskiwania tego materiału ma znacząco przyspieszyć przeprowadzenie koniecznej operacji. Wyjątkowy pomysł będzie realizowany w ramach programu LIDER NCBR i może przynieść istotne zmiany w leczeniu, między innymi w chirurgii urazowej.

- Głównym celem mojego projektu jest opracowanie kompozycji i technologii wytwarzania innowacyjnego materiału do druku 3D implantów kości czaszki, w tym kości ciemieniowej, czołowej i skroniowej - powiedziała mgr inż. Dagmara Słota z z Wydziału Inżynierii Materiałowej i Fizyki Politechniki Krakowskiej.

Naukowcy z Polski obrali sobie za cel opracowanie technologii pozyskiwania materiału, który docelowo będzie mógł być wykorzystywany do drukowania 3D implantów, które będą indywidualnie dobrane pod potrzeby pacjenta. O pomyśle na implant przypominający naturalną tkankę kostną, który jednocześnie będzie stymulował komórki kościotwórcze do namnażania się, opowiedziała wspomniana badaczka. Ekspertka zakłada swój pierwszy zespół badawczy w ramach dotacji ze wspomnianego programu LIDER NCBR.

Aktualnie ubytki kości leczy się głównie za pomocą przeszczepu autogennego lub allogenicznego, te same metody stosuje się w przypadku rekonstrukcji kości. Jak wyjaśnia ekspertka, chodzi w tych zabiegach o działania polegające na pobieraniu fragmentu innej kości pacjenta lub materiału kostnego od osoby obcej, najczęściej zmarłej. Czas oczekiwania na taki zabieg jest zwykle długi, a ponadto należy przyjmować leki immunosupresyjne, aby implant nie został przez organizm odrzucony. Do tego, jak zauważa ekspertka, istnieją implanty z metali, które niekiedy niosą ryzyko korozji, a ponadto cechują je wysokie ceny.

Dagmara Słota zaznacza, że opracowywana przez jej zespół metoda nie tylko znacząco skróci czas, jaki potrzebny będzie do przeprowadzenia operacji, jak i zmieni podejście do dopasowywania leczenia u danego pacjenta.

Badaczka powiedziała, że jej zespół chce się przede wszystkim skupić na początku na implantach kości twarzoczaszki.

- Ważne są tu nie tylko aspekty estetyczne, takie jak przywrócenie symetrii konturów twarzy, ale również wpływ nowego materiału na funkcję kości - takie jak funkcja oczodołu, jedzenie czy też mowa. Czaszka odpowiada też za ochronę najważniejszego organu ludzkiego ciała - mózgu, stanowiącego centrum układu nerwowego. To wszystko nakreśla nam cel, jakim jest właśnie opracowanie materiału do drukowania 3D implantów kostnych - wyjaśnia Dagmara Słota w rozmowie z "Naukowa w Polsce".

Materiał opracowywany w ramach badań ma znacząco odróżniać się od obecnie stosowanych implantów.

- Pragniemy, aby nasz materiał cechował się pewnymi nowymi cechami w stosunku do innych, obecnie dostępnych materiałów do biodruku. Jednym z założeń jest bioaktywność. Oznacza ona, że implant będzie stymulował komórki kościotwórcze do namnażania, co przełoży się na szybszą rekonwalescencję pacjenta. Również skład fazowy materiału ma przypominać naturalną tkankę kostką. Będzie trochę porowaty, a to umożliwi wrastanie w niego naczyń krwionośnych, co z kolei zminimalizuje ryzyko przemieszczenia. Planów jest dużo, ale wierzę, że uda się je wszystkie zrealizować - relacjonuje badaczka z Politechniki Krakowskiej.

W zespole pracują specjaliści od nanotechnologii, automatyki i robotyki czy immunologii. Wszyscy zaangażowani w projekt badacze dążą do tego, aby efekt pracy był jak najbezpieczniejszy oraz umożliwiał jak najszybszą rekonwalescencję pacjenta. Tego typu rozwiązanie, dzięki skróceniu czasu oczekiwania na zabieg, może stanowić ogromny przewrót w chirurgii urazowej oraz wszelkich przypadkach, gdy uzupełnienie ubytku kości czaszki może ratować życie pacjenta. 

- Sama procedura przygotowania modelu 3D implantu zaczyna się od zobrazowania kształtu i wymiarów ubytku, jaki ma zostać nim wypełniony. Najczęściej odbywa się to za pomocą rentgenowskiego tomografu komputerowego lub rezonansu magnetycznego. Następnie implant jest drukowany i pacjent może zostać poddany operacji - wyjaśnia Słota.

Implant opracowywany przez zespół z Politechniki Krakowskiej ma bazować na polimerach, które będą odpowiednio modyfikowane, aby zwiększyć bioaktywność drukowanych komponentów. Mimo że wciąż będą potrzebne leki immunosupresyjne, to ich rodzaj i dawka będą odpowiednio dostosowywane. Prace prowadzone będą w kierunku stworzenia materiału podobnego do naturalnej kości oraz zminimalizowania czasu potrzebnego do przygotowania chorego do operacji wszczepienia implantu.

- Cała procedura skraca się w ten sposób do kilku dni. Zatem możliwe będzie szybkie przeprowadzenie zabiegu z wszczepieniem spersonalizowanego implantu, który poprzez stymulację komórek kościotwórczych, przełoży się na szybszą rekonwalescencję - podsumowuje liderka zespołu.

Przed zespołem badawczym z Polski jeszcze wiele wyzwań oraz badań. Materiały przygotowywane do kontaktu z organizmem żywym muszą bowiem zostać poddane analizom na szeroką skalę. Planowane są badania in vitro, czyli w szkle w symulowanym środowisku biologicznym, a ostatecznie zostanie sprawdzone bezpieczeństwo in vivo, czyli na żywym organizmie.