Materiał imitujący ludzką kość będzie ratunkiem dla osób zagrożonych amputacją. Uzupełni nawet 12-centymetrowy ubytek i zapewni szybkie zrastanie kości

Wkrótce pęknięcia kości i wszelkie ubytki w tkance kostnej będzie można naprawiać bez specjalnych trudności. Apatyty, które są nieorganicznym budulcem tkanki kostnej i zębów, a stanowią nawet ok. 70 proc. masy kości, zapewniają odpowiednie właściwości mechaniczne. Możliwe jest otrzymywanie syntetycznego hydroksyapatytu. Odpowiednio wytwarzany imituje ludzką kość, uratuje przed amputacją, a ze względu na biozgodność wiąże się z tkanką i stymuluje wzrost kości. Prace nad materiałem prowadzone są także w Polsce.

– W Laboratorium Nanostruktur wytwarzamy hydroksyapatyt. Jest to mineralny składnik kości, a potrafimy go w taki sposób wytwarzać, że bardzo dobrze imituje naturalną kość. Materiały w skali nano są często niespodziewanie lepsze niż ich mikrometryczne odpowiedniki, dlatego pracujemy nad ich praktyczną aplikacją, głównie w medycynie – mówi agencji Newseria Innowacje Bartosz Woźniak, naukowiec z Laboratorium Nanostruktur Instytutu Wysokich Ciśnień w Warszawie.

Hydroksyapatyt jest stosowany klinicznie od wielu lat. W naturze odpowiada za wytrzymałość kości. Sztucznie wytwarzany ma dobrą biokompatybilność w kontakcie z kością, ponieważ ma podobny skład chemiczny. Porowate ceramiki HA znalazły ogromne zastosowanie w biomedycynie, w tym w regeneracji tkanki kostnej czy dostarczaniu leków. W inżynierii tkankowej kości zastosowano je jako materiał wypełniający ubytki kości, sztuczny materiał do przeszczepu kostnego. Jednocześnie zapewniają szybkie zrastanie kości.

Polscy naukowcy, w oparciu o ceramikę hydroksyapatytową i polimer organiczny, opracowują biomateriał, który do złudzenia przypomina tkankę kostną. To ratunek dla osób, którym grozi amputacja, bo materiał może zastąpić nawet kilkunastocentymetrowy ubytek w kości, a po kilku miesiącach łączy się z nią.

– Proszek hydroksyapatytowy o nazwie handlowej GoHAp powstaje poprzez syntezę mikrofalową w reaktorze ciśnieniowym, gdzie w bardzo szybki sposób podgrzewamy i chłodzimy płyn reakcyjny związków chemicznych, otrzymując tym samym zawiesinę nanohydroksyapatytu w wodzie. Po wysuszeniu tego produktu otrzymujemy proszek, który może być dalej przetwarzany do naszych zastosowań – tłumaczy Bartosz Woźniak.

Proszek hydroksyapatytu może być wykorzystany jako składnik mas stomatologicznych, cementów kostnych lub posłużyć do wytworzenia specjalnych powłok na implantach za pomocą rozprysku termicznego czy chemicznego osadzania z fazy gazowej.

– Technologia ultradźwiękowego pokrywania implantów umożliwia nam pokrycie implantów bardzo cienką warstwą hydroksyapatytu lub innych związków. Taka warstwa jest 10 tys. razy mniejsza niż średnica włosa ludzkiego. Organizm ludzki ma niezwykłe zdolności regeneracyjne, jednak w przypadku, gdy jest zbyt duży ubytek kostny po ciężkim urazie lub nowotworze, trzeba stosować rusztowania kostne, które wspomagają regenerację takich dużych ubytków – przekonuje Bartosz Woźniak.

Duża porowatość hydroksyapatytu sprawia, że może być stosowany jako rusztowanie dla komórek macierzystych pochodzących ze ścian ubytku kostnego. Jednocześnie biomateriał regeneruje też kości. Jego zastosowanie w różnego rodzaju operacjach jest niemal nieograniczone. Po namoczeniu, np. w soli fizjologicznej, materiał staje się giętki, można go dowolnie kształtować, a po umieszczeniu w danym miejscu materiał się nie przesuwa.

W badaniu opublikowanym w „Artificial Cells, Nanomedicine and Biotechnology Journal” wskazano kliniczną skuteczność sztucznej kości nanohydroksyapatytu, a uszkodzona kość pacjentów wykazywała dobrą biokompatybilność ze sztuczną kością Nano-HA, bez skutków ubocznych i powikłań.

– Nasze materiały na bazie nanotechnologii stosujemy już w weterynarii przy współpracy z klinikami weterynaryjnymi, a w przeciągu kilku lat jesteśmy pewni, że zagoszczą na dobre na rynku medycyny ludzkiej – zapowiada Bartosz Woźniak.

Analitycy MarketsandMarkets szacują, że rynek hydroksyapatytu HAp będzie wart blisko 3 mld dol. do 2023 roku.