Inteligentne implanty kostne
Starzenie się społeczeństwa oraz globalny wzrost liczby wypadków zwiększają zapotrzebowanie na nowoczesne implanty kostne. Jednakże do zmniejszenia kosztów leczenia złamań kości, naprawy uszkodzonych tkanek czy powrotu do zdrowia po implantacji niezbędne są nowe metody produkcji implantów. W ramach finansowanego ze środków UE projektu PLASMANANOSMART (Plasma- and electron beam-assisted nanofabrication of two-dimensional (2D) substrates and three-dimensional (3D) scaffolds with artificial cell-instructive niches for vascular and bone implants) poszukiwano nowych sposobów przygotowywania dwuwymiarowych podłoży i trójwymiarowych rusztowań. Celem tych działań było wykorzystanie rusztowań do stworzenia sztucznych nisz wspomagających wzrost i różnicowanie się komórek w kierunku implantów sercowo-naczyniowych i kostnych. Jako materiał początkowy naukowcy zastosowali poli-3-hydroksymaślan, polikaprolakton i poli-3-hydroksymaślan-ko-hydroksywalerian z powłoką ze stopów metali oraz hydroksyapatytu (HA). Z tych materiałów wyprodukowano rusztowania o różnej strukturze, stechiometrii i grubości, z powłoką nanocząsteczkową. Zwizualizowanie wewnętrznej struktury rusztowań przy użyciu promieniowania rentgenowskiego umożliwiło naukowcom dobranie składu zapewniającego najlepszą biodegradowalność i odporność na korozję. Zdjęcia RTG okazały się być najlepszym rozwiązaniem pozwalającym określić wielkość i rozkład przestrzenny nanocząsteczek w wysokiej rozdzielczości. Powłoka na bazie fosforanów wapnia skutecznie zwiększa stopień przylegania, proliferację i stopień różnicowania się komórek, zaś zawierające nanocząsteczki HA kompozyty wzbogacone cząstkami nieorganicznymi mają lepsze właściwości mechaniczne i biologiczne. Za pomocą mikroskopu świetlno-elektronowego naukowcy przebadali morfologię oraz wzrost komórek na dwuwymiarowym podłożu do hodowli kultur tkankowych oraz bardziej fizjologicznych konstrukcjach trójwymiarowych. Do prawidłowego odzwierciedlenia tych drugich oraz przeanalizowania oddziaływań komórek z materiałem rusztowań wykorzystano zamknięte bioreaktory ze stałym dopływem składników odżywczych i odprowadzaniem produktów przemiany materii. Wyniki badania zostały przedstawione szerszej publiczności ze szczególnym naciskiem na wpływ biomateriałów na poprawę jakości życia pacjentów. Zastosowanie nowych rusztowań do budowy implantów kostnych pozwoli zrezygnować z materiałów bioobojętnych i bioaktywnych oraz otworzy nowe możliwości w zakresie badania sztucznych nisz wspomagających wzrost i różnicowanie się komórek.
Słowa kluczowe
Implanty kostne, rusztowanie, PLASMANANOSMART, powłoka hydroksyapatytowa, nanocząsteczki
