Biofunkcionalizacija 3D-tiskanih kovinskih zlitin kot novo nastajajoča strategija za zmanjšanje neželenih učinkov ortopedskih vsadkov

 

Šifra | J1–2470
Naziv projekta | BIOFUNKCIONALIZACIJA 3D-TISKANIH KOVINSKIH ZLITIN KOT NOVO NASTAJAJOČA STRATEGIJA ZA ZMANJŠANJE NEŽELENIH UČINKOV ORTOPEDSKIH VSADKOV
Nosilec projekta | dr. Igor Drstvenšek 

 

Raziskovalni projekt financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije

 

Spletna stran/povezava	http://auxnas.fs.um.si/advAUXmat/index.php
Trajanje projekta	1. 9. 2020 do 31. 8. 2023
Obseg financiranja	4,21 FTE (cenovna kategorija C)
Nosilec projekta	dr. Igor Drstvenšek
Koordinator projekta	Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo
Sodelujoče RO	Spletna povezava SICRIS
Sestava projektne skupine	Spletna povezava SICRIS

 

 

Povzetek projekta

Razvoj strategij in rešitev za preprečevanje ali zmanjšanje neželenih stranskih učinkov pri uporabi medicinskih vsadkov je še vedno delno nerešen izziv. V zgodnji fazi celjenja lahko odziv človeškega telesa na vsadek sega od minimalnega lokalnega vnetja do obsežne in kronične reakcije na tujek. V tej fazi zasnova površine vsadka ključno vpliva na uspešnost celjenja. Končni cilj je, da se prepoznavanje vsadka kot tujka zmanjša ali oslabi, po navadi s skrbno izbiro zunanje prevleke, kar lahko zmanjša začetni vnetni celični odziv.
Izbor materialov za ogrodje in njihova arhitekturna zasnova igrata kritično in vse bolj kompleksno vlogo pri spodbujanju regeneracije kosti z zagotavljanjem strukturne podobnosti materiala matični kostni osnovi. S spreminjanjem specifičnih površinskih značilnosti vsadka je mogoče spodbuditi ugodnejšo interakcijo med vsadkom in kostjo, s čimer se poveča osteointegracija vsadka.
3D-tiskanje omogoča izdelavo zapletenih struktur, idealno prilagojenih potrebam vsakega bolnika, ki upoštevajo specifične značilnosti posamezne poškodbe, zmanjšajo izgubo kosti zaradi vsaditve, hkrati pa zagotavljajo površine, ki so anatomsko bolj sorodne kosti. Uporaba po meri narejenih kirurških pripomočkov izrazito skrajša čas posega in izboljša rezultat operacije, kar posledično skrajša čas bivanja v bolnišnici.
Nošenje, korozija in izpostavljenost spreminjajočemu se okolju po daljšem časovnem obdobju privedejo do makroskopskih in mikroskopskih sprememb kovinskega vsadka, kar lahko privede do neželenih vplivov na okoliška tkiva, zaradi česar je zdravo okolje vsadka dovzetno za okužbo. Napredni premazi na različnih substratih za ortopedske namene lahko dosežejo sinergijski učinek bioaktivnosti v povezavi z visoko mehansko trdnostjo. Še pomembneje je, da lahko takšni premazi zaščitijo zlitine z blaženjem korozije, ker predstavljajo oviro za uhajanje kovinskih ionov v močno korozivno biološko okolje.
Učinkovito zdravljenje je mogoče zagotoviti le z nadzorovanim sproščanjem vseh zdravilnih učinkovin. Medtem ko nekatera zdravila zagotavljajo želeni profil raztapljanja/sproščanja (razlike v topnost vodijo do različnih profilov sproščanja), so za dosego tega običajno potrebna sredstva kontroliranega sproščanja zdravilnih učinkovin. Nadzorovano sproščanje je še pomembnejše, če ga želimo doseči v formulacijah z več zdravilnimi učinkovinami, saj mora to zagotavljati kombinirano terapijo v prostoru in času. Nosilni materiali za aktivne učinkovine morajo biti biološko razgradljivi, temeljito znanje o medsebojnem delovanju vseh sestavin materiala  z okoljem pa pogosto ni na voljo. S podrobnimi študijami interakcij je mogoče jasno razumeti mehansko kinetiko in kinetiko sproščanje, ter to poglobljeno znanje uporabiti za optimizacijo uporabe materialov, kar izboljša varnost in učinkovitost terapevtskega materiala.
Cilj predlaganega projekta je razviti nove bioaktivne večnamenske prevleke na 3D-tiskanih kovinskih zlitinah za ortopedske vsadke. Predlagani projekt gradi na obstoječem znanju in ga nadgrajuje, zagotavlja pa tudi popolnoma nove rešitve glede priprave prevlek, doseganja njihovih bioaktivnosti in večnamenskosti končnega materiala.

Cilj vsakega kirurškega posega je uporaba najučinkovitejših vsadkov z najboljšo biokompatibilnostjo in z najdaljšo možno življenjsko dobo. To je mogoče doseči le s prilagoditvijo vsadka individualnim potrebam pacienta. Naš pristop obeta razvoj zdravljenja “vse v enem”, kar bi lahko prineslo naslednje prednosti:
-    manjšo možnost zavrnitve umetnega vsadka zaradi protivnetnega delovanja,
-    preprečevanje okužb med operacijo ali po njej,
-    nižje tveganje za pojav venske tromboembolije,
-    pospeševanje rasti želenih osteoblastov (kostnih celic) bodisi z izbranimi materiali bodisi s pomočjo vgrajenih zdravilnih učinkovin.

Faze projekta
1.    Priprava 3D-tiskanih materialov z izboljšanimi kemijskimi in metalurškimi lastnostmi.
2.    Formulacija osnovnega materiala in sistematična karakterizacija njegovih lastnosti.
3.    Priprava novih kompleksnih in večnamenskih bioaktivnih prevlek in njihova integracija na substrate.
4.    Korozijski testi.
5.    Preučevanje interakcijskih pojavov v modelnih in in vitro
6.    Ovrednotenje:

• fizikalno-kemijske, 
• strukturne in morfološke,
• bioaktivne funkcionalnosti prevlečenih površin.

7.    Študije biokompatibilnosti in predklinično testiranje učinkovitosti.