Polscy naukowcy pracują nad innowacyjną nanopowłoką implantów medycznych. Technologia pomoże pacjentom z osteoporozą

Biokompatybilność jest jedną z kluczowych cech decydujących o sukcesie przeprowadzanych operacji wszczepienia implantu. Nanotechnologia pozwala opracowywać takie powłoki implantów, dzięki którym będą one lepiej przyswajane przez organizm. Chodzi o to, by z jednej strony blokowały one przenikanie metali do organizmu, a z drugiej – zwiększały trwałość wszczepianych implantów. To jednak drogie rozwiązania. Polscy fizycy kończą jednak prace nad nanopowłoką, której wytwarzanie nie wymagałoby gigantycznych nakładów inwestycyjnych. Teraz potrzebny jest inwestor, który umożliwi rozpoczęcie kolejnego etapu badań nad tym rozwiązaniem.

– Nasze kości z wiekiem tracą odporność mechaniczną. Ponieważ społeczeństwo się starzeje, to powikłania po złamaniach są już trzecie na liście przyczyn śmierci. U pacjentów często dochodzi do konieczności zastosowania implantu, czyli obcego przedmiotu, najczęściej metalowego. Większość z nas jest uczulona na metale i to jest olbrzymi problem – mówi agencji Newseria Innowacje prof. dr hab. Marek Godlewski, kierownik Centrum Transferu Technologii w Instytucie Fizyki Polskiej Akademii Nauk.

Jakość połączenia tkanki kostnej z powierzchnią implantu jest wyznacznikiem decydującym o przyszłej funkcjonalności protezy implantologicznej. Metalowe implanty kostne, choć są wytrzymałe mechanicznie, nie są trwałe z uwagi na proces degradacji powierzchni metalowej w środowisku biologicznym, a także tworzenie się blizny z tkanki łącznej w miejscu pożądanego kościozrostu z płaszczyzną implantu. W konsekwencji często dochodzi do niestabilności implantu i konieczności przeprowadzenia ponownej operacji.

– Naszym celem nadrzędnym jest to, żeby implant był bezpieczny, czyli po wkręceniu do organizmu nie tylko blokował stany zapalne, rozwój bakterii, ale jednocześnie powodował bardzo dobre połączenie się z kością, na tyle trwałe, żeby to było „wieczne”. To jest kierunek, nad którym pracujemy – wyjaśnia prof. Marek Godlewski. – Dziś nie ma wiecznych implantów. Nawet w tak bardzo skomplikowanej operacji jak wymiana implantu w biodrze, które jest bardzo częstym schorzeniem u osób starszych, często gwarantowane jest 10 lat, a potem implant powinno się wymienić. Metal w kontakcie z kością powoduje pomału jej degenerację, w związku z tym jest to poważne wyzwanie.

Rozwiązania w tym obszarze może przynieść nanotechnologia. Zespół IF PAN przeprowadzał testy biokompatybilności warstw tlenków metali przejściowych (dwutlenku hafnu, cyrkonu i tytanu) osadzanych na powierzchni metodą cienkich warstw atomowych i – jak podkreślają jego przedstawiciele – ich wykorzystanie stanowi przełom w projektowaniu multifunkcjonalnych powłok implantów. Dzięki zastosowaniu nanopowłoki tworzy się najlepsze środowisko do uzyskania kościozrostu. Minimalizuje się w ten sposób także powikłania pooperacyjne.

Okazuje się, że choć rozwiązania z tego zakresu są uważane za kosztowne, to można je opracowywać również z wykorzystaniem tańszych procesów. Nad takimi powłokami pracuje zespół naukowców z Instytutu Fizyki PAN.

– Jedno z takich rozwiązań, które stosujemy w produkcji nanowarstw i bardzo małych obiektów, to jest rozwiązanie, które znamy z kuchni, czyli kuchenka indukcyjna, garnek i bardzo inteligentne podejście do chemii. Niekoniecznie potrzebujemy do nanotechnologii inwestycji na poziomie wielu milionów euro – podkreśla kierownik Centrum Transferu Technologii.

Rozwiązanie fizyków z PAN zostało już przetestowane na poziomie laboratorium, teraz potrzebne jest przejście do wdrożenia w badaniach z udziałem ludzi.

– Możemy zaproponować pewne rozwiązanie, możemy je przetestować na zwierzętach, w laboratoriach, a potem już szukamy prawdziwego inwestora, który będzie zainteresowany, żeby to wprowadzić do prawdziwej medycyny. Jeżeli pytamy o perspektywę wejścia na rynek, to trzeba wykonać potwornie żmudną pracę rozmów. Są szanse, trzeba po prostu cierpliwie szukać przejścia do kontaktów z dużymi graczami na rynku – podsumowuje prof. Marek Godlewski.

Według Precedence Research światowy rynek implantów medycznych zamknie 2022 rok z wyceną na poziomie 95,1 mld dol. Do 2030 roku przychody zwiększą się do niemal 146 mld dol. Czynnikami, które w największym stopniu napędzą rozwój tego rynku, będą rosnąca populacja seniorów i częstotliwość występowania chorób przewlekłych. Według Organizacji Narodów Zjednoczonych („World Population Prospects 2022”) w 2022 roku niecałe 10 proc. globalnej ludności stanowiły osoby powyżej 65. roku życia. W 2050 roku będzie to już 16,4 proc., ale w regionie Europy i Ameryki Północnej odsetek ten sięgnie prawie 27 proc. Z kolei liczba osób 80+ potroi się – ze 143 mln w 2019 roku do 426 mln w 2050 roku.