Bioaktywne szkła – w poszukiwaniu syntetycznych alternatyw

Dr Natalia Wójcik z Instytutu Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej poszukuje alternatywnych materiałów, a precyzyjniej bioaktywnych materiałów szklistych o zmienionym składzie, do produkcji kompozytów stosowanych w implantach kostnych. Badania mogą przyczynić się do powstania w przyszłości nowocześniejszych implantów regenerujących ubytki kostne, które nie będą zakłócać gospodarki biochemicznej w organizmie.

Materiały z których obecnie produkuje się implanty kostne mają w swoim składzie szkła bioaktywne. Są to powszechnie stosowane szkła, tworzone na bazie krzemianu, które są dodawane nawet do niektórych past do zębów. Dzięki nim implanty posiadają właściwości zmuszające kość do regeneracji dokładnie w miejscu, w którym się znajdują. 50 proc. składu wagowego tych szkieł stanowi tlenek krzemu, a pozostałość to domieszki tlenku fosforu,  wapnia i sodu.

– Szkła na bazie krzemianu, które są teraz używane, bardzo wolno ulegają rozpuszczeniu – mówi naukowczyni – Jeśli umieścimy ten materiał w miejscu ubytku kości, ma on stymulować kość do wytwarzania hydroksyaptytu, głównego budulca kości i tym samym regeneracji, sam stopniowo ulegając rozpuszczeniu. Klasyczne bioszkło z dużą zawartością krzemu rozpuszcza jednak się zbyt wolno – od roku do nawet kilku lat.  Problemem jest fakt, że krzem to pierwiastek, który występuje naturalnie w organizmie ludzkim tylko w śladowych ilościach. Nie znamy długofalowych konsekwencji utrzymywania się tego pierwiastka w organizmie w dużym stężeniu.

Zastąpienie głównej matrycy krzemianowej w produkcji bioszkła, matrycą fosforanową powoduje o wiele większy wzrost rozpuszczalności materiału, ponieważ takie są właściwości fosforanów. Co więcej fosfor występuje u organizmów żywych i jest naturalnym budulcem kości, dlatego jego rozpuszczanie nie będzie obciążaniem, jak w przypadku krzemu.  Dr Natalia Wójcik pracuje nad materiałami na bazie fosforanów, które osiągną optymalne dla danego ubytku kostnego właściwości rozpuszczania.

– Najprościej mówiąc, implant musi się rozpuszczać na tyle wolno, żeby kość zdążyła się zregenerować i na tyle szybko by w ostatnim etapie regeneracji nie przeszkadzać.

W składzie bioszkieł wytwarzanych i testowanych przez badaczkę poza fosforem znajdują się wapń i sód oraz niob i azot. Domieszkowanie niewielką ilością azotu nie powoduje negatywnych skutków dla organizmu, a wpływa na rozpuszczalność. Niob z kolei polepsza właściwości bioaktywne materiału i również wpływa na rozpuszczalność.

W kolejnym etapie dr Wójcik rozszerzyła swoje badania in vitro rozpuszczalności bioaktywnych szkieł  o magnez i glin. Do tej pory opublikowała cztery artykuły na ten temat. Swoje badania prowadzi we współpracy z ośrodkami naukowymi ze Szwecji, Finlandii i Arabii Saudyjskiej oraz z pomocą inż. Stefanii Wolff.

Docelowym efektem badań miałby być kompozyt z którego można wytwarzać nowoczesne implanty do wypełnień mini ubytków w kościach, który będzie przyspieszał regenerację kości lub służył za powłokę dla stałych implantów np. tytanowych.