Choć problem jest wstydliwy, dotyczy zdecydowanej większości z nas. Zęby – z reguły przez naszą niechęć do ich szczotkowania lub strach przed dentystą – psują się i wypadają lub muszą zostać wyrwane. Nowe, o ile nie jesteśmy dziećmi, już nam niestety nie wyrosną. Pozostaje wizyta u protetyka lub rozwiązanie sporo droższe: wszczepienie implantu. Wytwarza się je z tytanu – metalu, który dla organizmu jest obojętny. Jednak jak każde ciało obce organizm może przyjąć implant lub go odrzucić. Dzięki pracy chemików z Uniwersytetu im. Mikołaja Kopernika w Toruniu szanse na to, że sztuczny ząb zostanie zaakceptowany przez nasz organizm, mogą stać się znacznie większe.

Pracujemy nad stworzeniem nanopowłoki bazującej na ditlenku tytanu, która po umieszczeniu na powierzchni implantu nada mu właściwości biokompatybilne i przeciwdrobnoustrojowe, co ma szczególnie istotne znaczenie w przypadku implantów stosowanych w stomatologii – wyjaśnia magister Żaneta Muchewicz, która w Toruniu pracuje na Wydziale Chemii nad doktoratem łączącym zagadnienia z chemii i biologii. To jej powrót do korzeni, bo wcześniej, jeszcze w liceum, zdecydowanie preferowała biologię. – Ale moja siostra studiowała chemię i zaprosiła mnie kiedyś na pokazy chemiczne. Po godzinie doświadczeń już wiedziałam, czym chce się zajmować w przyszłości – opowiada.

Jak opisać jej wynalazek? W pewnym uproszczeniu można opisać to tak: ditlenek tytanu można uzyskać w różnych postaciach – amorficznej (ciało stałe, którego cząsteczki są ułożone w sposób dość chaotyczny, podobnie jak w cieczy) i krystalicznej. Z punktu widzenia zastosowań biomedycznych istotne znaczenie ma ta ostatnia postać tego materiału. Pojawia się jednak problem, gdyż ditlenek tytanu może tworzyć różne formy krystaliczne (np. anataz, brukit lub rutyl) różniące się znacząco właściwościami fizykochemicznymi i biologicznymi. Zatem problem sprowadza się do opracowania metody wytwarzania nanopowłoki na powierzchni implantu o ściśle określonej strukturze i właściwościach, szczególnie biologicznych. Niestety tu nie ma prostej drogi – trzeba do tego dojść metodą prób i błędów. Jako metodę wytwarzania powłok tlenkowych stosuje się chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD). Proces tworzenia się nanowarstwy ditlenku tytanu przebiega w reaktorze próżniowym i polega na termicznym rozkładzie par związku chemicznego tytanu na powierzchni implantu w odpowiedniej temperaturze (poniżej 600 stopni Celsjusza). Rodzaj użytego związku chemicznego, a także jego temperatura rozkładu mają bezpośredni wpływ na sposób tworzenia powłok, ich strukturę krystaliczną i właściwości. – Praca zajęła mi dwa lata, wykonałam grubo ponad sto takich osadzeń, co pozwoliło opracować metodę wytwarzania warstw ditlenku tytanu o odpowiednim składzie strukturalnym anataz-rutyl – tłumaczy Żaneta Muchewicz.

Podstawową różnicą, która dzieli chemię czasów Marii Skłodowskiej-Curie i tę współczesną jest rozmiar. Zajmując się nanomateriałami, mamy do czynienia z cząstkami, które są setki tysięcy razy mniejsze od milimetra. Jednak podstawowe zasady pracy chemika się nie zmieniły, a my mamy o tyle łatwiej, że z dorobku polskiej noblistki i innych naukowców, którzy pracowali przed nami, możemy korzystać – mówi członek zespołu wynalazców doktor habilitowany Piotr Piszczek. Efekty, które można uzyskać dzięki rozwojowi nanotechnologii, są zdumiewające, a zalety wynalazku pomorskich naukowców pokazują, że przemysłowe zastosowanie chemii wciąż nas jeszcze potrafi zaskoczyć. – Ta powłoka ma właściwości przeciwdrobnoustrojowe i przyśpiesza łączenie implantu z tkanką kostną – mówi Piszczek. – Dzięki temu będzie mniej powikłań w okresie po wszczepieniu implantu, co obniży czas i koszty leczenia. Istotne znaczenie ma również potencjalne rozszerzenie kręgu pacjentów, u których wszczepienie go będzie mogło być wykonane. Dotyczy to osób, u których istnieją przeciwwskazania do wykonywania tego typu zabiegów, np. chorych na cukrzycę, pacjentów w podeszłym wieku lub zbyt młodych.

Obecnie wytwarzane powłoki są poddawane badaniom immunologicznym i mikrobiologicznym i jeśli wszystkie z nich wypadną pomyślnie, to za dwa – trzy lata mogą one być wprowadzane do użytku. Komercjalizacja wynalazku powinna się udać dzięki współpracy z poznańskim wytwórcą systemów Osteoplant (Fundacja Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu), który jako producent implantów stomatologicznych ma ugruntowaną pozycję na rynkach polskim i europejskim. A jest o co walczyć – rynek implantów zębów tylko w Polsce szacuje się rocznie na ok. 10 mld zł, a na całym świecie ludzie wydają na nie dziesiątki miliardów dolarów rocznie. W przypadku udanego wdrożenia swojego patentu naukowcy z UMK mogą liczyć na zysk, ale na razie rzeczywistość wygląda mniej różowo. Stypendium doktoranckie nie jest wysokie. – Dlaczego nie wyjechałam za granicę? Tak byłoby najłatwiej, a ja lubię wyzwania – śmieje się Żaneta Muchewicz.

Choć nie można powiedzieć, że magister Muchewicz jest wyjątkiem, to jednak daje się zauważyć pewną tendencję: wielu młodych chemików w poszukiwaniu lepszej pracy czy warunków rozwoju zawodowego wyjeżdża m.in. do Niemiec, Szwecji czy Holandii. Tym bardziej zdumiewa to, że wbrew pozorom w ostatnich latach polska chemia ma na swoim koncie kilka sukcesów. Trzy miesiące temu ruszyła nad Wisłą przemysłowa produkcja grafenu, czyli węgla, który jest m.in. znakomitym przewodnikiem ciepła i prądu. Głośnym wynalazkiem było też opracowanie metody zastosowania nanocząstek srebra do sterylizacji pomieszczeń, co wykorzystuje się w szpitalu w Siemianowicach Śląskich, który specjalizuje się m.in. w ciężkich oparzeniach. Szanse na to, by świat usłyszał także o implantach z Torunia, wydają się więc całkiem spore.