Przyszłość implantów dentystycznych powstaje na Politechnice Warszawskiej

Zespół z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej pod kierownictwem dr. inż. Michała Wojasińskiego będzie realizował projekt „Ceramiczna biomimetyczna porowata struktura z bioaktywnym wypełnieniem hydrożelowo-hydroksyapatytowym dla zwiększenia osteointegracji” (akronim: Oss3H). Projekt uzyskał finansowanie w ramach XII. konkursu polsko-tajwańskiego na dwustronne projekty badawcze, zorganizowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Średnia długość życia ludzi podwoiła się w ciągu ostatnich stu lat. Ze względu na dłuższe życie, ludzie coraz częściej cierpią z powodu problemów zdrowotnych, a część z nich może prowadzić do problemów z uzębieniem, w ostateczności do utraty zębów. Implanty dentystyczne oparte na śrubach, złoty standard w zastępowaniu zębów, mają wysoki wskaźnik skuteczności. Mimo to, niektórzy ludzie doświadczają istotnych problemów związanych z odrzuceniem implantów dentystycznych – około 5 do 10% implantów dentystycznych zawodzi wkrótce po zabiegu lub do około dwóch lat później.

O projekcie

Celem projektu jest opracowanie innowacyjnego rozwiązania problemu braku właściwego połączenia pomiędzy implantem a otaczającą tkanką kostną, czyli tzw. osseointegracji w implantach stomatologicznych. Zespół projektowy, który tworzą badacze z National Taipei University of Technology oraz Politechniki Warszawskiej, zaprojektuje trójwymiarowo drukowaną strukturę porowatą z tlenku cyrkonu, naśladującą naturalną strukturę miazgi w kości żuchwy. Porowate wnętrze zostanie wypełnione biodegradowalnym hydrożelowym biomateriałem, opartym na materiałach polimerowych – specjalnie usieciowanych chitozanie, poliwinylopirolidonie i poli(glikolu etylenowym), zawierającym domieszkowane nanocząstki hydroksyapatytu. Syntetyczne nanocząstki hydroksyapatytu są materiałem bardzo zbliżonym do minerałów występujących w kościach zwierząt i ludzi. Takie połączenie materiałów drukowanych, hydrożelu oraz bioaktywnych nanocząstek zapewni odpowiednie sygnały wspierające regenerację tkanki kostnej, tzw. sygnały osteokondukcyjne i osteoindukcyjne oraz stworzy warunki i biomimetyczną strukturę (zbliżoną do struktury występującej naturalnie w kościach) do integracji implantu z tkankami pacjenta.

– W projekcie planujemy zastosowanie metod inżynierii chemicznej do przewidywania właściwości otrzymywanych biomateriałów – hydrożelu, a szczególnie nanocząstek hydroksyapatytu, aby zapewnić wypełnienie implantów o odpowiedniej strukturze i właściwościach bioaktywnych – mówi dr inż. Michał Wojasiński. – Liczymy, że wyniki badań in vitro wskażą drogę do rozwoju technologii bioaktywnych porowatych implantów tkanki kostnej.

O zadaniach zespołów z Polski i Tajwanu

Zadania projektowe prowadzone przez zespół z WIChiP koncentrują się głównie na syntezowaniu i zmodyfikowaniu nanocząstek hydroksyapatytu, aby wykazywały właściwości bioaktywne. Opracowywane w zespole nanocząstki nie tylko udają naturalnie występujące w kościach mineralne struktury, ale również pełnią aktywną rolę w przemianach biologicznych zachodzących naturalnie w kościach. Co więcej, zespół przygotuje także materiał hydrożelowy, który ma obecnie zastosowanie jako biomateriał, w tym w regeneracji dysków międzykręgowych. Dodatkowo, naukowcy z naszej Uczelni mają doświadczenie w tworzeniu materiałów do druku 3D z wykorzystaniem polimerów i cząstek materiałów z grupy fosforanów wapnia, takich jak hydroksyapatyt. Dzięki takim kompetencjom, połączenie biomateriału hydrożelowego i nanocząstek z biomateriałami wykonanymi z tlenku cyrkonu przez zespół z Tajwanu powinno doprowadzić do powstania implantów, które zespoły wspólnie poddadzą szeregowi badań in vitro, zaczynając od określenia cytotoksyczności otrzymanych struktur, a kończąc na weryfikacji wpływu bioaktywacji komórek ludzkich przez nanocząstki.

Obraz

Kompetencje naukowców z National Taipei University of Technology (NTUT) skupiają się na innowacjach w zakresie technologii druku 3D, szczególnie w obszarze tworzenia obiektów przy użyciu wielomateriałowego druku 3D oraz w biomechanicznych symulacjach implantów. Zajmują się oni także analizą wpływu obciążeń dynamicznych na stabilność i zdrowie kości, co ma znaczenie w projektowaniu implantów medycznych.

O konkursie

Konkurs skierowany był do organizacji badawczych i innowacyjnych przedsiębiorstw z Polski i Tajwanu. Konsorcja złożone z partnerów polskich i tajwańskich miały możliwość uzyskania w konkursie dofinansowania na aplikacyjne projekty badawcze trwające maksymalnie trzy lata. Projekty mogły obejmować badania w obszarach, m. in. neuronauki, efektywności energetycznej, inżynierii materiałowej, inteligentnego transportu, technologii kwantowej, cyberbezpieczeństwa, badań kosmicznych i technologii lotniczej oraz półprzewodników.