W kierunku coraz lepszych personalizowanych implantów kostnych

Badania dr inż. Angeli Andrzejewskiej mogą przyczynić się do rozwoju technologii medycznych w zakresie personalizowanych rozwiązań do implantacji, np. uzupełnień ubytków w kościach. Badaczka sprawdzi, w jaki sposób zmienia się wytrzymałość struktur polimerowych wytwarzanych za pomocą druku 3D pod wpływem różnych sposobów sterylizacji oraz w środowisku wodnym – podobnym do tego, jakie występuje w ludzkim organizmie.

– Druk 3D nie jest już czymś nowym, natomiast pewne obszary badawcze wciąż są nieodkryte. Patrząc przez pryzmat pandemii, badacze którzy zajmują się drukiem 3D w dosyć znaczący sposób przyczynili się do wsparcia medyków, np. poprzez drukowanie fragmentów przyłbic czy łączników do masek. Na bazie tych doświadczeń stwierdziłam, że warto sprawdzić w jaki sposób materiał, który drukujemy zachowuje się pod wpływem sterylizacji, czyli metody pozwalającej unicestwić bakterie, wirusy i jak zmienia się jego wytrzymałość – mówi dr inż. Angela Andrzejewska z Katedry Wytrzymałości Materiałów na Wydziale Inżynierii Lądowej i Środowiska PG.

Projekt badawczy dr inż. Andrzejewskiej skupia się przede wszystkim na zastosowaniu materiałów do uzupełnień ubytków w kościach.

– W wielu przypadkach, gdy na skutek np. choroby nowotworowej fragment kości musi zostać usunięty, pobiera się przeszczep z innej części ciała i uzupełnia brakujący fragment np. żuchwy czy kości czaszki. Technologia druku 3D daje nam możliwość drukowania różnych kształtów w zależności od potrzeb, np. określonej kości. Jeżeli wydrukujemy fragment ubytku kości po resekcji nowotworowej i chcemy wszczepić materiał, który zintegruje się z tkanką kostną, a następnie odbudują się nad nim komórki, musi najpierw zostać wysterylizowany, żeby nie wprowadzać do organizmu niepotrzebnych mikrobów – tłumaczy badaczka. – W moim projekcie chodzi o to, żeby zobaczyć jak metody sterylizacji prowadzące do wyjałowienia materiału, mogą wpływać na uszkodzenia konstrukcji drukowanych 3D. Na podstawie uzyskanych wyników będzie można opracować zalecenia dotyczące optymalnej sterylizacji elementów drukowanych trójwymiarowo, np. uzupełnień kości.

Dodatkowym czynnikiem, który dr inż. Andrzejewska będzie badała w ramach projektu jest sprawdzenie, w jaki sposób sterylizowany materiał zmienia się pod wpływem środowiska wodnego.

– Przeprowadzone przez ze mnie wcześniej doświadczenia polegające na porównaniu sposobu degradacji materiałów polimerowych wytworzonych w dość powszechnej technologii wtrysku z tymi wytworzonymi za pomocą druku 3D pokazują, że – pomimo podobnej początkowej wytrzymałości mechanicznej – na skutek degradacji te procesy zachodzą trochę inaczej – mówi badaczka.  – W zależności od rodzaju zastosowanych materiałów polimerowych będą nadawały się one do mniej lub bardziej obciążonych konstrukcji. Nie wszystkie będą zatem odpowiednie do uzupełniania kości, które przenoszą duże obciążenia, czy do kręgosłupa, ale np. jako uzupełnienia ubytków kości pod zęby już tak.

Badaczka podkreśla, że jej współpraca z nowoczesnymi klinikami stomatologicznymi w zakresie technologii przyrostowych pokazała, w którą stronę może się rozwijać druk 3D.

– Z jednej strony będą to polimery biodegradowalne, które są w stanie zintegrować się z kością i ją odbudować, a z drugiej gotowe fragmenty odbudowy implantologicznej – mówi dr inż. Angela Andrzejewska. – Mam nadzieję, że projekt badawczy, który realizuję w krótkim czasie przyniesie wymierne korzyści dla społeczeństwa. Inżynieria medyczna właśnie do tego sprowadza się, żeby pomagać ludziom.

Projekt pt. „Ocena wpływu wybranych metod sterylizacji na zmiany zachowania mechanicznego struktur porowatych kształtowanych technikami osadzania stopionego materiału z hybrydowych polimerów i poddawanych degradacji hydrolitycznej w warunkach symulowanych” jest finansowany w ramach programu MINIATURA 5 Narodowego Centrum Nauki.