Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) opracowali nową nanopowłokę, która może pomóc lepiej przylegać implantom do kości. Powłoka wykonana z jest z nakładanych na siebie nanowarstw polimerów. Może to być alternatywa dla dalekich od ideału obecnie używanych cementów kostnych.
Jedną z przyczyn odrzucenia implantu w ciele pacjenta jest słaba adhezja do kości, które go otaczają. Najczęściej stosowanym materiałem używanym do połączeń biomedycznych w stawie biodrowym i kolanowym jest cement na bazie samoutwardzającego się polimeru PMMA. Jednak materiał ten nie przylega do kości bardzo dobrze. Dzieje się tak, ponieważ polimer i kość posiadają niedopasowane moduły sprężystości (na styku polimer – tkanka kostna). PMMA nie jest bardzo wytrzymałym materiałem i łatwo ulega fragmentowaniu. Czynniki te sprawiają, że wszczepione implanty po paru latach zawodzą, a pacjent ponownie musi przejść operację, aby rozwiązać problem.
Zespół kierowany przez Paula Hammonda, zaprezentował prawdziwą alternatywę, która polega na położeniu powtarzających się nanowarstw, które pomogą w lepszym połączeniu na linii implant-kość gospodarza. “Podstawową zasadą działania powłoki jest oddziaływanie elektrostatyczne – przeciwne ładunki przyciągają się wzajemnie” wyjaśnia członek zespołu Shah Nisarg. “Materiałami na implant było tworzywo sztuczne PEEK oraz tytan. Istnieje możliwość stworzenia przeciwnych ładunków na powierzchni tych materiałów przez bombardowanie ich zjonizowaną materią (plazmą) w atmosferze tlenowej. Najpierw zanurzamy implant w roztworze, który ma dodatni ładunek, po czym traktujemy go plazmą, zmieniając tym samym roztwór polimeru na naładowany ujemnie” dodaje naukowiec.
Tak naładowane powłoka posiada podwójną rolę. Pierwszą jest aktywacja osteoblastów (lub komórek tworzących kość) obecnych w szpiku kostnym. Aktywacja komórek odpowiadających za budowę kości to zadanie białka o nazwie BMP-2, które uwalniane jest powoli podczas degradacji polimerowej powłoki. Po drugie, zapewnia większą powierzchnię przylegania implantu do kości. Bazowe warstwy osteokondukcyjne, które bardzo trudno ulegaja degradacji w wodzie zawierają hydroksyapatyt, fosforan wapnia – podstawowy budulec kości. Warstwy te wytrzymują kilka miesięcy i działają jako swego rodzaju “superklej”, który tworzy silne wiązanie między implantem a tkanką kostną.
Zespół MIT badał właściwości powłok na plastikowych i metalowych implantach wszczepionych w kości szczura szczura. Naukowcy stwierdzili, że implanty powlekane nanowarstwami były znacznie trudniejsze do usunięcia w stosunku do niepokrytych lub częściowo pokryta implantów. Zdjęcia radiograficzne wykazały, że powłoka i kości powierzchnie były rzeczywiście mocno związane ze sobą.
Nowa powłoka może zapobiec przedwczesnemu luzowaniu się implantów kostnych z i może znaleźć zastosowanie zarówno w protezach stawów jak i protezach dentystycznych. “Pacjenci otrzymają powleczony implant zęba w jednoetapowej procedurze. Integracja nastąpi w ciągu kilku dni i umożliwi pacjentowi prowadzenie normalnej diety. Obecnie procedura ta wymaga wielu wizyt przez okres roku, zanim cały proces zostaje zakończony” – wyjaśnia Shah.
Obecnie zespół skupia się na badaniu implantów stomatologicznych, gdyż technologia ta może zostać wprowadzona do użytku powszechnego w krótszym czasie. Następnym celem naukowców jest przetestowanie implantów stawowych na zwierzętach o większych gabarytach takich jak kozy lub owce.
Źródło:
[1] N. J. Shah, M. N. Hyder, J. S. Moskowitz, M. A. Quadir, S. W. Morton, H. J. Seeherman, R. F. Padera, M. Spector, P. T. Hammond, Surface-Mediated Bone Tissue Morphogenesis from Tunable Nanolayered Implant Coatings. Sci. Transl. Med. 5, 191ra83 (2013)
[2] http://www.nanovip.com/helps-bone-implants.html | 17.07.2013
[3] http://stm.sciencemag.org/content/5/191/191ra83.abstract | 17.07.2013
[4] How would I summarise 2007? by Oisin Mulvihill, flickr.com, CC BY 2.0