Projekti / Programi
Nanostrukturirani polimerni implantati v medicini
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.00 |
Tehnika |
Mehanika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T152 |
Tehnološke vede |
Kompozitni materiali |
nanostrukturirani polimerni materiali; inteligentno vedenje; časovno odvisne mehanske lastnosti; multimodalni poliamidni implantacijski material; biokompatibilnost; odgovor kostnega tkiva; mehanizem osteointegracije; histomorfometrija; rentgen; vstavljanje zobnih implantatov; sterilizacija; klinične raziskave; biomehanika; raziskava na živalih
Raziskovalci (18)
Organizacije (2)
Povzetek
Projekt obravnava prvo fazo razvoja nove generacije nanostrukturiranih polimernih implantatov v medicini. Osnova projekta so patentno zaščitena znanja o zakonitostih formiranja strukture materiala pri različnih termomehanskih pogojih v procesu predelovanja polimera, ki jih obvladuje raziskovalna skupina prijavitelja projekta. Temelječ na teh znanjih je bila v okviru večletnega sodelovanja Centra za eksperimentalno mehaniko z nemškim koncernom BASF razvita nova generacija multimodalnih, t.i. inteligentnih poliamidnih (I-PA) materialov, ki so kemijsko identični kot PA materiali, ki se že sedaj uporabljajo v medicini. Obvladovanje tehnologije predelovanja nanostrukturiranih I-PA materialov predstavlja potencial ter potreben pogoj za razvoj nove generacije nanostrukturiranih polimernih vsadkov oz. pripomočkov v medicini kot so npr. dentalni implantati, različni protetični izdelki, kirurški vijaki, itd. na področjih dentalne kirurgije, ortopedije, srčne kirurgije itd.
V prvem koraku bomo preverili kako spreminjanje strukture novih I-PA materialov na nano-, mikro- in makro skali vpliva na odpornost materiala na sterilizacijo, njegovo biokompatibilnost in sposobnost osteointegracije. Zaenkrat še ni znano, ali sta biokompatibilnost in osteointegrabilnost materiala odvisni le od kemijske strukture materiala ali pa tudi od strukture materiala na molekularnem in višjem nivoju opazovanja.
Cilj je prilagoditi strukturo materiala tako, da bodo fizikalne lastnosti vsadka optimalne z ozirom na biokemijske procese osteointegarcije. Poudariti je treba, da so biokemijski procesi osteointegracije drugačni od procesov formiranja in rasti zoba v obdobju odraščanja človeka. Pri tem ne posnemamo zoba, ampak moramo poiskati strukturo, ki bo kompatibilna s strukturo, v katero vsadek vsajujemo in bo omogčala optimalno integracijo vsadka in okoliškega tkiva. Za razliko od keramičnih in kovinskih vsadkov lahko v primeru nanostrukturiranih polimernih vsadkov spreminjamo njihove časovno odvisne fizikalne lastnosti za več velikostnih razredov. Obenem je možno te lastnosti tudi gradientno spreminjati po volumnu vsadka.
Novi implantatni materiali, namenjeni uporabi v dentalni kirurgiji, bodo hkrati na površini združevali značilnosti biološko razgradljivega materiala, obenem pa v jedru izkazovali podaljšano trajnost, ki bo prilagojena namenom posamezne aplikacije implantata. Gradientna struktura novih implantatov bo zagotavljala optimalne mehanske lastnosti (npr. podajnost podobno zobu v kosti, kljubovanje griznim in drugim okluzijskim silam), primeren pripoj mehkih tkiv in vraščenost v kost s kemijsko vezjo med površino materiala in okolišnjim tkivom ter bo kot podlaga lahko depojsko sproščala različne učinkovine v mehkih ali trdih bioloških tkivih.
Povsem nov pristop k implantološki protetiki in odnosu polimer – ustna tkiva obeta nova znanstvena dognanja in bo podlaga za nove klinične metode kirurškoprotetične oskrbe delne in popolne brezzobosti.
S predlaganim projektom skušamo ustvariti sinergijski učinek temeljnih raziskav na področju mehanike časovno odvisnih materialov in dentalne medicine, ki jih bomo dopolnili z razvojem proizvodne tehnologije vsadkov in razvojem dentalne kirurške tehnike. Z integracijo omenjenih štirih elementov ustvarjamo celostni pristop k razvoju novega visokotehnološkega izdelka.
Pomen za razvoj znanosti
Projekt prispeva k zakladnici znanja na dveh različnih področjih, in sicer na področju mehanike časovno odvisnih materialov ter na področju medicine, natančneje dentalne implantologije.
S stališča mehanike časovno odvisnih materialov rezultati projekta prispevajo k razumevanju vpliva inherentne strukture materiala na časovno odvisno vedenja vsadka. Inherentna struktura je odvisna od začetne kinetike materiala in termo-mehanskih robnih pogojev, ki jim je material izpostavljen v procesu solidifikacije. Analizirali smo, kako in do kolikšne mere lahko s spreinjanjem začetne kinetike materiala in termo-mehanskih robnih pogojev spreminjamo časovno odvisne lastnosti, ki opredejujejo funkcionalnost in trajnost vsadka.
Na področju medicine so aktivnosti usmerjenje v iskanje takih struktur materiala, ki bodo zagotavljale ustrezno biokompatibilnost in osteointegrabilnost materiala. Zaenkrat še ni znano, ali sta biokompatibilnost in osteointegrabilnost materiala odvisni le od kemijske strukture materiala ali pa tudi od strukture materiala na molekularnem in višjem nivoju opazovanja. Povsem nov pristop k implantološki protetiki in odnosu polimer – ustna tkiva obeta nova znanstvena dognanja in bo podlaga za nove klinične metode kirurškoprotetične oskrbe delne in popolne brezzobosti.
Obvladovanje zgoraj navedenih znanj predstavlja tehnološki preboj na področju novih materialov in medicine, kar odpira vrata za razvoj različnih vsadkov oz. pripomočkov na področju medicine, kot so npr. dentalni implantati, različni protetični izdelki, kirurški vijaki, itd. kot aplikacije v srčni kirurgiji, ortopediji, dentalni kirurgiji itd.
Pomen za razvoj Slovenije
Razvoj nove generacije nanostrukturiranih polimernih vsadkov v prvi vrsti pomeni revolucijo na področju dentalne implantologije in predstavlja tehno-ekonomsko priložnost Slovenije. Nova generacija I-PA vsadkov bo izdelana z novo tehnologijo, kar odpira več različnih možnosti za dosego tržnega uspeha, saj lahko novo tehnologijo v celoti prodamo enemu izmed vodilnih podjetij na področju izdelovanja medicinskih pripomočkov, bodisi proizvodnjo vsadkov vzpostavimo in ohranimo v domačem okolju, trženje pa prepustimo enemu izmed vodilnih podjetij bodisi se s podjetjem pogodimo, da mi obdržimo proizvodnjo, tuje podjetje prevzame prodajo, pri čemer nam pripada ekskluzivnost za regijo Alpe-Adria, kjer mi izvajamo prodajo. Ta zadnja oblika nam odpira možnost, da v Sloveniji (npr. v Pomurju) organiziramo medicinsko podprt turizem, katerega cilj je, da regija Pomurja postane podobno kot Švica znana po vrhunskih mediciskih uslugah, t.j., implantatnoprotetična metoda, ki temelji na uporabi nove generacije nanostrukturiranih implantatov.
Nova implantatno-protetična metoda (katere razvoj ni predmet predlaganega projekta, temveč predstavlja naslednji korak pri doseganju globalnega cilja projekta), bo preprostejša, hitrejša, cenejša, bo omogočala izdelavo patenta in bo konkurenčnejša od obstoječih implantatnih sistemov iz titana ali cirkonija. Obstaja velika verjetnost, da bo naš pristop uporaben tudi za razvoj materialov pri vodeni kostni regeneraciji na področju travmatologije, maksilofacialne kirurgije, ortopedije in parodontologije.
Obenem novi materiali obetajo uporabo kot podlaga za dolgotrajno depojsko sproščanje različnih učinkovin bodisi v mehkih ali v trdih bioloških tkivih. Poliamidni materiali imajo namreč izjemno sposobnost absorbcije tekočine (absorbirajo tudi do 4-5 vol. % tekočine). Izsledki raziskav raziskovalne skupine prijavitelja projekta v sodelovanju z nemškim koncernom BASF kažejo, da lahko s spreminjanjem strukture materiala vplivamo na kinetiko absorpcije/desorpcije (t.j., hitrost sproščanja oz. vezanja tekočine z učinkovinami). To obeta razvoj nove generacije vsadkov, namenjenih uporabi v različnih področjih medicine, ki bi lahko služili kot depo za vnos zdravila na lokacijo, kjer mora učinkovati.
Projekt predstavlja pomemben korak na poti do ekonomsko uspešnega 'spin-off' podjetja, ki bo ustvarjalo dodano vrednost, primerljivo z vodilnimi podjetji v svetu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
2009,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
