Naukowcy z Wrocławia i Tajwanu pracują nad nowoczesnymi implantami stomatologicznymi

Na Politechnice Wrocławskiej i National Taipei University of Technology powstają implanty dentystyczne z wydrukowanych w 3D struktur ceramicznych połączonych z metalowym rdzeniem. Dzięki wykorzystaniu biodegradowalnego magnezu tkanka kostna będzie mogła w taki implant stopniowo wrastać.

W przesłanym w środę przez uczelnię komunikacie napisano, że wspólne działania zespołów z Polski i Tajwanu są możliwe dzięki finansowaniu z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju i MOST (The Ministry of Science and Technology na Tajwanie) w ramach projektu CERMET. – Ich efektem będzie kompozytowy implant, który potencjalnie będzie mógł zastąpić ludzki ząb. Jego rusztowanie powstaje z tlenków glinu i jest wytwarzane metodą przyrostową – czyli tzw. drukiem 3D, co gwarantuje, że będzie dopasowany „na wymiar” do potrzeb konkretnego pacjenta – napisano w komunikacie.

W górnej części (koronie) struktura ceramiczna jest lita, a dolna (korzeń) ma porowatą formę. Dzięki temu można nasycić ją ciekłym metalem – stopem magnezu. Zmniejszy to kruchość struktury, a sam rdzeń będzie początkowo pełnił funkcję „kotwicy”, utrzymując implant w szczęce. Magnez natomiast stopniowo będzie się degradować, uwalniając miejsce na wrastanie tkanki kostnej. W efekcie implant stanie się bardzo stabilny – wbudowany w ludzką tkankę.

Trwają testy technik odlewniczych

Jak podano, najpierw naukowcy z Tajwanu we współpracy z badaczami z Wrocławia opracowują odpowiednie preformy ceramiczne o porowatości otwartej, czyli te struktury, które w połączeniu z metalowym rdzeniem stworzą implant. Następnie trafiają one na Politechnikę Wrocławską, gdzie badacze z Katedry Inżynierii Elementów Lekkich, Odlewnictwa i Automatyki na Wydziale Mechanicznym nasycają je metalem – biokompatybilnym stopem magnezu.

– Jesteśmy we wstępnym etapie naszego projektu, dlatego na razie testujemy dwie techniki odlewnicze i później wybierzemy tę najbardziej korzystną. Pierwsza to metoda infiltracji ciśnieniowej, czyli prasowania ze stanu ciekłego, w której ceramiczną kształtkę umieszczamy w komorze prasy i zalewamy ciekłym metalem, a następnie opuszczając tłok, wprasowujemy ciekły metal w porowatości preformy. Drugą techniką jest stosowane np. w jubilerstwie odlewanie precyzyjne. Tutaj najpierw tworzymy gipsową formę dla przygotowanego wcześniej modelu z wosku lub tworzywa sztucznego – powiedziała cytowana w komunikacie dr inż. Anna Dmitruk.

Prototyp w fazie testów

Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej prowadzą także szereg testów prototypów implantu, m.in. badania wytrzymałościowe, jakości połączenia oraz badania rozszerzalności cieplnej, żeby sprawdzić, czy pod wpływem zmiany temperatur materiały tworzące kompozyt nie będą inaczej zmieniać objętości, co może prowadzić np. do pęknięć.

Próbki implantów są także poddawane procesowi plazmowego utleniania elektrolitycznego, nazywanego również utlenianiem mikrołukowym. Dzięki niemu magnez, którym nasycane są struktury ceramiczne nie utlenia się tak szybko, a proces jego degradacji następuje stopniowo.

– Niewiele jednostek w Polsce zajmuje się tą techniką. Taką próbkę umieszczamy w zbiorniku wypełnionym elektrolitem. Próbka i inny metalowy element układu to odpowiednio anoda i katoda. W układzie wytwarzamy wysokie napięcie elektryczne, które prowadzi do powstawania wyładowań plazmowych na powierzchni próbki. W efekcie powstaje na niej cienka porowata powłoka z tlenku magnezu o grubości mierzonej w mikrometrach. Ta powłoka ma właściwości antykorozyjne i podnosi odporność na ścieranie, a w przypadku implantu najważniejszą dla nas jej właściwością jest to, że spowalnia resorpcję magnezu w organizmie – opisała mgr inż. Natalia Raźny.

Prace w ramach inicjatywy CERMET potrwają trzy lata. Ich wynikiem będzie prototyp implantu. Dopiero po jego stworzeniu naukowcy mogą szukać finansowania na kolejne etapy prac, np. na prowadzenie badań przedmedycznych.

Kierownikiem projektu jest prof. Krzysztof Naplocha z Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej, a w jego zespole pracują dr inż. Anna Dmitruk, dr inż. Adrianna Filipiak-Kaczmarek i mgr inż. Natalia Raźny.

– Teoretycznie tytan, z którego wykonywane są implanty, uważany jest za materiał bioobojętny. On nie powinien dawać objawów uczulenia, ale rzeczywiście w pewnych przypadkach dochodzi do powikłań – mówi dr n. med. Wojciech Popowski. – Oprócz tytanu, którego w implancie jest 80, 90, czasem 99%, są też pozostałe składniki. Może to być żelazo, wodór, ale też wolfram – i to czasem powoduje problemy – dodaje dr hab. n. med. Kornel Krasny. W trakcie rozmowy, w której udział wziął również dr hab. n. med. Maciej Czerniuk, poruszony został temat nadwrażliwości i alergii na składniki implantów zębowych. Czy jest to częsty problem? Zapraszamy do obejrzenia materiału filmowego.

Źródło: https://naukawpolsce.pl/

Fot. https://pwr.edu.pl/