Zespół

prof. dr hab. inż. Anna Ślósarczyk – kierownik zespołu, promotor
mgr inż. Zofia Paszkiewicz
mgr Dawid Pijocha – doktorant 

Istota wynalazku

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania innowacyjnego preparatu implantacyjnego do wypełniania ubytków kostnych, przeznaczonego do zastosowania w zabiegach chirurgicznych w obrębie układu kostnego, np. w chirurgii kręgosłupa. Metoda ta pozwala na wytworzenie opartego na fosforanie wapnia oraz fosforanie magnezu, biologicznie zgodnego z tkankami żywego organizmu kompozytu o cechach cementu kostnego. Wynaleziony preparat stanowią dwa składniki: proszek i płyn, które po złączeniu dają plastyczny, dający się dowolnie kształtować materiał. Ideą wynalazku jest połączenie znakomitych właściwości biologicznych biomateriałów fosforanowo-wapniowych (CaPs) z wysoką wytrzymałością mechaniczną cementu fosforanowo-magnezowego (MPC).
Główną wadą materiałów fosforanowo-wapniowych jest ich niska wytrzymałość mechaniczna, a w szczególności ich kruchość co ogranicza zakres zastosowań do miejsc nie przenoszących znacznych obciążeń mechanicznych. Cement fosforanowo-magnezowy natomiast, z uwagi na jego szybkość osiągania maksymalnej wytrzymałości, stosowany był głównie w technice do napraw nawierzchni wymagających materiałów przenoszących duże obciążenia. Okazuje się, ze produkt wiązania tego cementu - struwit jest biominerałem naturalnie występującym w organizmach żywych. Implantowany nie powoduje negatywnej reakcji organizmu na ciało obce, co jest głównym warunkiem jego biozgodności. Cechą charakterystyczną opracowanego nowego preparatu implantacyjnego jest jego zwiększona wytrzymałość mechaniczna w stosunku do tradycyjnych nieorganicznych biomateriałów typu cementowego. Przygotowuje się go w ten sposób, że do mieszaniny proszków stanowiących składniki cementu MPC (tlenek magnezu, wodorofosforan (V) amonu, pirofosforan (V) sodu) oraz syntetyczny hydroksyapatyt dodaje się wody destylowanej. Uzyskuje się półpłynny, plastyczny materiał wiążący w czasie do 18 minut w przygotowanym wstępnie przez chirurga miejscu implantacji. Produkt końcowy związanego kompozytu składa się z dwóch faz mineralnych: wchodzącego w skład kości hydroksyapatytu oraz bioaktywnego minerału - struwitu. W stosunku do innych, będących na etapie badań, podobnych substytutów kostnych rozwiązano problem występowania faz niepożądanych, takich jak tlenek magnezu, mogący wywoływać negatywne reakcje organizmu. Opracowany materiał wykazuje szereg pożądanych przez lekarzy implantologów parametrów fizykochemicznych i biologicznych.

Korzyści

Wynaleziony kompozyt stanowi połączenie doskonałych właściwości biologicznych bioceramiki fosforanowo-wapniowej z wysoką wytrzymałością cementów fosforanowo-magnezowych i wykazuje szereg zalet, takich jak:
• wyższa w stosunku do wcześniejszych preparatów wytrzymałość mechaniczna po związaniu i stwardnieniu,
• korzystny skład chemiczny i mineralny po związaniu i stwardnieniu - nie działa negatywnie na komórki i tkanki żywego organizmu (biozgodny struwit, hydroksyapatyt, brak szkodliwego MgO),
• prostota przygotowania w warunkach sali operacyjnej,
• łatwość umiejscowienia materiału w ubytku kostnym o dowolnym kształcie,
• użycie jako płynu do zarabiania wody destylowanej (uniknięcie wprowadzania wraz z fazą ciekłą często niekorzystnych dla środowiska żywego organizmu jonów),
• optymalny i powtarzalny czas wiązania,
• brak skurczu biomateriału, obserwowanego w przypadku tradycyjnych cementów na bazie polimerów,
• stosunkowo niski koszt produktu.

Potencjał komercjalizacji

Nowy materiał oparty na hydroksyapatycie i cemencie magnezowo-fosforanowym posiada lepsze właściwości użytkowe w stosunku do obecnie stosowanych komercyjnych preparatów kościozastępczych na bazie fosforanów wapnia, a także tradycyjnych cementów polimerowych. Łatwość implantacji wynalezionego materiału w różnych formach (zarówno w postaci pasty jak i preparatu wstrzykiwalnego) umożliwia jego zastosowanie minimalizując inwazyjność operacji chirurgicznej. Przebieg reakcji chemicznych prowadzący do otrzymania produktu finalnego nie jest skomplikowany, co pozwala na łatwą modyfikację składu materiału, jego mikrostruktury, porowatości w zależności od wymagań stawianych przez chirurgów. Otwiera to możliwości na zastosowanie kompozytu nie tylko jako rusztowania, na którym odbudowuje się kość, ale również jako nośnika leków, hormonów, itp. bez ingerencji w chemizm procesu wiązania. W przyszłości kompozyt ten ma szanse na zastosowanie w chirurgii ortopedycznej, stomatologii i traumatologii.