A co, gdyby implant potrafił sam bronić się przed bakteriami? Nie chodzi oczywiście o metalowy element, który „rozpoznaje” zagrożenie niczym żywy organizm. Chodzi o rozwiązanie, które jeszcze kilkanaście lat temu mogło wydawać się bardzo odległe: powierzchnię implantu zaprojektowaną tak, aby uwalniała substancje aktywne dokładnie tam, gdzie są najbardziej potrzebne.

Właśnie w tym kierunku rozwijają się nowoczesne biomateriały. Implant przestaje być jedynie elementem zastępującym fragment kości. Jego powierzchnia może otrzymać dodatkowe funkcje – między innymi magazynować wybrane substancje, stopniowo je uwalniać i w ten sposób ograniczać rozwój bakterii w bezpośrednim sąsiedztwie implantu.

Tytan od lat należy do najważniejszych materiałów wykorzystywanych w implantologii. Jest lekki, wytrzymały, odporny na korozję i dobrze tolerowany przez organizm. Stosuje się go między innymi w implantach ortopedycznych i stomatologicznych. Dziś coraz większą uwagę zwraca się jednak nie tylko na sam materiał, ale również na to, jakie dodatkowe właściwości można nadać jego powierzchni.

Zespół BioMat4Future Lab z Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej pracuje nad rozwiązaniami pozwalającymi tworzyć bardziej funkcjonalne powierzchnie implantów tytanowych. Badania prowadzone przez zespół dr hab. inż. Mariusza Sandomierskiego, prof. PP, koncentrują się między innymi na warstwach zdolnych do magazynowania i kontrolowanego uwalniania substancji aktywnych o właściwościach antybakteryjnych. Badania realizowane są w ramach rozprawy doktorskiej mgr inż. Marcela Jakubowskiego.

Dlaczego takie rozwiązania są potrzebne? Jednym z poważnych wyzwań związanych z wszczepianiem implantów pozostaje ryzyko infekcji. Bakterie mogą osadzać się na powierzchni materiału i tworzyć biofilm – strukturę, która utrudnia ich usunięcie i może zmniejszać skuteczność działania antybiotyków. W konsekwencji nawet bardzo dobry implant może stać się miejscem rozwoju zakażenia.

Można jednak spróbować wykorzystać samą powierzchnię implantu jako miejsce działania substancji antybakteryjnej.

Pomysł jest prosty: zamiast dostarczać substancję aktywną do całego organizmu, można uwalniać ją lokalnie – dokładnie tam, gdzie istnieje największe ryzyko kontaktu z drobnoustrojami. W praktyce oznacza to konieczność takiego przygotowania powierzchni implantu, aby mogła ona związać odpowiednią substancję, a następnie stopniowo uwalniać ją do otoczenia.

Bardzo ważne jest przy tym tempo tego procesu. Substancja nie powinna uwolnić się od razu, ale jednocześnie jej działanie musi być wystarczająco intensywne, aby mogło ograniczać rozwój bakterii. Celem jest uzyskanie takiego efektu, aby działanie antybakteryjne utrzymywało się przez odpowiedni czas i było skoncentrowane dokładnie tam, gdzie jest najbardziej potrzebne.

To zupełnie inne spojrzenie na implant niż jeszcze kilkadziesiąt lat temu. Nie chodzi już wyłącznie o materiał, który musi być trwały i dobrze tolerowany przez organizm. Coraz częściej oczekuje się, że będzie on pełnił kilka funkcji jednocześnie – zapewniał odpowiednią wytrzymałość, dobrze współpracował z otaczającymi tkankami i dodatkowo ograniczał ryzyko powikłań.

W ten sposób klasyczny implant może stać się znacznie bardziej zaawansowanym rozwiązaniem. Nadal spełnia swoją podstawową funkcję mechaniczną, ale jednocześnie jego powierzchnia może aktywnie wpływać na najbliższe otoczenie. To właśnie takie podejście sprawia, że współczesne biomateriały coraz częściej projektuje się nie tylko z myślą o tym, z czego są wykonane, ale także o tym, co potrafią zrobić po umieszczeniu w organizmie.

Dla zespołu BioMat4Future Lab ważny jest również praktyczny wymiar prowadzonych badań. Jesteśmy otwarci na współpracę z przemysłem, wspólne rozwijanie nowych technologii oraz tworzenie rozwiązań odpowiadających na konkretne potrzeby firm. Wiele ciekawych pomysłów rodzi się właśnie wtedy, gdy badania prowadzone w laboratorium spotykają się z rzeczywistym problemem i potrzebą jego rozwiązania.

Nowoczesny implant przyszłości nie musi więc być jedynie trwałym elementem umieszczonym w organizmie. Może być materiałem zaprojektowanym tak, aby aktywnie wpływał na swoje otoczenie i pomagał ograniczać ryzyko zakażeń.

Bo czasem największa innowacja nie kryje się w samym materiale, lecz w cienkiej, odpowiednio zaprojektowanej warstwie znajdującej się na jego powierzchni.

dr hab. inż. Mariusz Sandomierski, prof. PP

Artykuł

Prace zespołu zostały docenione w XIII edycji konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, organizowanego przez „Dziennik Gazetę Prawną”. Dr hab. inż. Mariusz Sandomierski, prof. PP, otrzymał Nagrodę Specjalną „Nowe Pokolenie Innowatorów” za wynalazek „Materiał tytanowy modyfikowany domieszkowaną cynkiem warstwą polifenolową”.