Zespół:

Dr inż. Agnieszka Sobczak-Kupiec – kierownik zespołu
Prof. dr hab. Regina Kijkowska
Mgr inż. Dagmara Malina
Dr hab. inż. Zbigniew Wzorek, prof. PK

Istota wynalazku

Istotą wynalazku jest opracowanie metody otrzymywania nowego rodzaju materiału implantacyjnego do zastosowań w chirurgii i stomatologii. W praktyce chirurgicznej, do rekonstrukcji ubytków kości stosuje się na coraz większą skalę hydroksyapatyt syntetyczny (HA) = Ca10(P04)6(OH)2, który pełni rolę substytutu tkanki kostnej. Skład chemiczny i struktura krystaliczna syntetycznego hydroksyapatytu są zbliżone do mineralnego składnika kości. Hydroksyapatyt stosuje się w postaci proszku (lub pasty) do wypełnienia ubytków kości, w postaci kształtek ceramicznych, lub w postaci powłok naniesionych na implanty metaliczne (np. endoprotezy stawu biodrowego lub kolanowego wykonane ze stopów tytanu). HA wszczepiony do żywego organizmu nie jest przez ten organizm resorbowalny, natomiast, wypełnia istniejącą w kości lukę lub tworzy warstwę bioaktywną pomiędzy implantem metalicznym a kością. Bioaktywność hydroksyapatytu polega na tym, że na jego powierzchni, w wyniku działalności komórek kościotwórczych (osteoblastów) narasta nowa naturalna tkanka kostna. Nowonarastająca tkanka kostna zamocowuje implant w miejscu wszczepienia.
Syntetyczny hydroksyapatyt stosowany „solo" nie posiada właściwości bakteriobójczych, które mogłyby chronić implant przed ewentualnymi zjawiskami zakażenia w jego otoczeniu. Autorzy niniejszego wynalazku zmodyfikowali dotychczasowe właściwości hydroksyapatytu syntetycznego i nadali mu cechy bakteriobójcze wprowadzając srebro metaliczne (AgO) w postaci nanocząstek.

Biologiczna aktywność srebra jest znana od czasów starożytnych. Rozcieńczony roztwór azotanu srebra, ze względu na bakteriobójcze właściwości jest wykorzystywany w leczeniu oparzeń i wszelkiego rodzaju ran. Antybakteryjne działanie wobec takich bakterii jak Staphylococus aureus, Streptococus, Pseudomonas i Eschericha jest dobrze rozpoznane o opisane w literaturze. Na działanie antybakteryjne srebra składa się działanie bakteriostatyczne, hamujące wzrost mikroorganizmów oraz działanie bakteriobójcze. Z literatury przedmiotu wynika, że srebro stosowane w niewielkich ilościach nie tylko jest nietoksyczne dla organizmu żywego, ale także pobudza szereg komórek żywych takich jak limfocyty, fibroblasty, osteoblasty do wzmożonej aktywności. Srebro może odegrać korzystną rolę w chirurgii kości, po pierwsze, dlatego że jest biokompatybilne to znaczy nie wywołuje negatywnych skutków w tkance i jest przez organizm tolerowane. Ponadto ma korzystny wpływ na aktywność osteoblastów, czyli komórek odpowiedzialnych za odbudowę kości.

W oparciu o badania własne, autorzy niniejszej metody stwierdzili, że możliwe jest otrzymanie hydroksyapatytu z cząstkami metalicznego Nano-srebra (AgO). Jako źródło nanocząstek srebra metalicznego zastosowano zawiesinę AgO, która jest stabilizowana poliwinylopirolidonem. Hydroksyapatyt z zawartością nanocząstek srebra otrzymano metodą strąceniową. Sposób otrzymywania polega na wytrącaniu hydroksyapatytu z roztworu wodnego zawierającego jony PO43-, Ca2+, OH- oraz nanocząstki metalicznego srebra AgO. Jony: PO43-, Ca2+ i OH- łączą się tworząc fosforan wapnia o strukturze apatytu, natomiast nanocząstki metalicznego AgO w stanie nienaruszonym lokują się na kryształach strącanego HA. Wg innowacyjnego pomysłu autorów, wprowadzenie do syntetycznego HA - odpowiednika fazy mineralnej kości i zębów - większej lub mniejszej (zależnie od potrzeb) ilości nanosrebra metalicznego (AgO) pozwala - z jednej strony - zachować dotychczasową bioaktywność materiału, z drugiej zaś - nadać mu właściwości bakteriobójcze.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Infekcje związane z materiałem wszczepiennym są główną przyczyną powtórnych operacji. Obecność materiału implantacyjnego wewnątrz organizmu będzie interferować z mechanizmem obronnym pacjenta, jak również wpływać na dawki antybiotyków, które są niezbędne do ochrony przed infekcją. Biomateriały zawierające srebro są czynnikami antydrobnoustrojowymi, skutecznymi w stosunku do wielu rodzajów bakterii. Chorobotwórcze mikroorganizmy nie potrafią rozwinąć odporności na działanie cząstek srebra, tak jak jest to w przypadku antybiotyków, dlatego jest to alternatywa dla leczenia antybiotykami, która nie powoduje skutków ubocznych. Biomateriały zawierające srebro zasługują na szczególną uwagę ze względu na to, że przy wysokiej biobójczości w stosunku do bakterii, wirusów i grzybów charakteryzują się niską toksycznością w stosunku do komórek ludzkich. Likwidują wirusy i bakterie wywołujące choroby, równocześnie przyśpieszając gojenie uszkodzonych tkanek oraz wzmacniając układ immunologiczny.

Potencjał komercjalizacyjny

Opracowanie sposobu otrzymywania hydroksyapatytu z zawartością nanosrebra jest ważnym krokiem w kierunku stworzenia generacji bioaktywnych materiałów przeznaczonych do zastosowań w medycynie i stomatologii. Mogą się one stać podstawą opracowania nowych materiałów wszczepiennych i stomatologicznych, które mają bardzo dużą szansę na komercjalizację. Proponowana innowacyjna metoda może zostać skomercjalizowana kilkoma drogami: poprzez umowę odpłatnego przenoszenia (sprzedaży) praw własności intelektualnej, udzielenie licencji, jak również drogami pośrednimi - poprzez różnego rodzaju spółki celowe, spin-off/out.