Sposób osadzania bioaktywnej powłoki z anionowego polimeru naturalnego

Pełna nazwa: Sposób osadzania bioaktywnej powłoki z anionowego polimeru naturalnego w postaci alginianu lub hialuronianu na elemencie wykonanym ze stopu tytanu

Istota wynalazku

Dla kogo są implanty? Implanty można wszczepiać wszystkim ogólnie zdrowym osobom dorosłym, posiadającym odpowiednią ilość i jakość kości w miejscu planowanego umieszczenia wszczepu. Korzyści ze stosowania implantów są ogromne. Przykładowo nowoczesne implanty dentystyczne, trudne do odróżnienia od uzębienia naturalnego, umożliwiają rozmawianie i uśmiechanie się bez skrępowania, zapewniają możliwość jedzenia wszystkich produktów oraz zachowania pełnej estetyki uzębienia przez długie lata.

Człowiek zawsze narażony był na urazy zarówno tkanki miękkiej jak i kostnej, szczególnie te ostatnie są bolesne i wymagają długotrwałego leczenia. Stopień oraz częstość ich występowania są determinowane przez styl życia oraz wykonywany zawód. Zgodnie z danymi statystycznymi blisko jedna czwarta amerykańskich żołnierzy powraca ze służby wojskowej w Iraku i Afganistanie z lekkimi lub poważnymi urazami. Jak pomóc tym żołnierzom i przywrócić ich do normalnej aktywności? Kluczem do sukcesu mogą być implanty.
Obecnie coraz więcej młodych ludzi uprawia sporty ekstremalne, co wiąże się ze zwiększeniem liczby zwichnięć, złamań, utraty zębów czy urazów kręgosłupa. Nie możemy zapomnieć także o starszych ludziach. Obecny rozwój medycyny oraz poziom życia wydłuża średnią wieku przeciętnego człowieka, a jak wiadomo z wiekiem kości stają się coraz bardziej kruche i łamliwe.

Wszystko to wiąże się z coraz większym zapotrzebowaniem na implanty krótko- oraz długoterminowe. Implant jest to ciało obce wprowadzane do organizmu człowieka. Niestety bardzo często dochodzi do reakcji alergicznych lub zapalnych i odrzucenia implantu przez organizm pacjenta. Wysiłki naukowców skupione są więc na opracowywaniu nowych sposobów wytwarzania materiałów lekkich, biologicznie obojętnych, o wysokiej biokompatybilności oraz parametrach zbliżonych do właściwości mechanicznych ludzkich kości. W dalszym ciągu implanty w całości lub w części wykonywane są ze stopów metali, głównie ze stopów tytanu, najbardziej biozgodnego metalu. Z tego względu istotą naszych badań jest naniesienie na implant wykonany ze stopów tytanu, Ti15Mo oraz Ti13Nb13Zr, powłok z polimerów naturalnych (alginian, hialuronian) zwiększających ich biozgodność i bioaktywność.

Dzięki wysokiej biozgodności, biodegradowalności oraz nietoksyczności polimery te są atrakcyjnymi materiałami do zastosowań w medycynie. Ich obecność wspomaga gojenie ran, minimalizuje infekcje bakteryjne i możliwość odrzutu implantu. Wymienione biopolimery są idealną matrycą wiążącą białka, cząsteczki wspomagające wzrost oraz leki. Powłoki polimerowe nanosi się metodą elektroforetycznego osadzania. Proces ten polega na migracji ujemnie naładowanych cząstek polimeru w kierunku anody czyli naszego implantu, i tam cząsteczka polimeru wiąże się z podłożem tworząc zwartą, dobrze przylegająca powłokę. Podjęte wstępne próby osadzenia powłok z anionowych polimerów nie dały zadowalających efektów. Badane stopy ulegają samopasywacji, dodatkowo podczas procesu anaforetycznego osadzania tworzy się warstwa tlenku tytanu. Powstała warstwa barierowa posiada cechy półprzewodnika, zapewnia doskonałą ochronę korozyjną, lecz w znacznej mierze ogranicza swobodny przepływ prądu, utrudniając osadzanie polimerów.

Problem ten rozwiązano poprzez zastosowanie międzywarstwy ZnO o wystarczającym przewodnictwie dla przeprowadzenia osadzania. Oprócz zwiększenia wydajności procesu osadzania ZnO charakteryzuje się niską toksycznością, wysoką biokompatybilnością, doskonałymi właściwościami przeciwzakrzepowymi, immunomodulującymi, wspomaga gojenie ran i zapobiega namnażaniu się bakterii.

Potencjał komercjalizacji

Obecnie istnieje duże zapotrzebowanie rynku ortopedycznego na biozgodne i bioaktywne implanty wspomagające gojenie ran i zrost kości, mogące przebywać w ludzkim organizmie przez dłuższy czas. Wymienione biopolimery są idealną matrycą wiążącą białka, cząsteczki wspomagające wzrost oraz leki. Otrzymane powłoki na implantach wykonanych ze stopów tytanu mogą być wykorzystane w systemach kontrolowanego uwalniania leków oraz enkapsulacji żywych komórek. Zaproponowana w wynalazku metoda osadzania powłok może być stosowana w temperaturze pokojowej bez atmosfery ochronnej. Nie jest ona również ograniczona przez kształt implantu i umożliwia łatwą kontrolę grubości powłoki, jej mikrostruktury i porowatości poprzez odpowiednie dobranie parametrów elektroforetycznego osadzania. Przy niedużych nakładach finansowych oraz bez konieczności zakupu zaawansowanego technologicznie sprzętu możliwe jest wdrożenie proponowanego wynalazku w działalności gospodarczej mikro, małych i średnich przedsiębiorców.