Implantati kuka od titanijuma, iako transformišu mobilnost pojedinaca, suočavaju se s uobičajenim izazovom – postepenim popuštanjem implanta tokom vremena, što zahteva zamenske hirurške zahvate. Istraživači na Fraunhofer institutima za primenjena istraživanja polimera (IAP), interfacijalno inženjerstvo i biotehnologiju (IGB) zajedno sa Fraunhofer američkim centrom za proizvodne inovacije (CMI) pioniraju inovativno rešenje: biomimetički lepak za tkivo koji potencijalno može produžiti vek trajanja titanijumskih implanta kuka.
Adhezivni materijal, inspirisan postojanošću dagnji koje se čvrsto pričvršćuju za površine, nanosi se na površinu titanijumskih implanta. Ono što ovaj lepak izdvaja jeste sposobnost štampanja čak i na krivudavim i neravnim površinama, imitirajući prirodna svojstva prianjanja, posebno kod mekušaca poput dagnji.
Uobičajeno, titanijumski implantati za kuk gube držanje za okolno koštano tkivo tokom vremena, što dovodi do potrebe za ranim zamenskim hirurškim intervencijama. Biomimetički lepak, koji koristi principe posmatrane u načinu na koji se dagnje pričvršćuju za površine, ima za cilj prevazilaženje ovog izazova. Unapređujući integraciju implanta sa okolnim kostima, potreba za zamenskim hirurškim zahvatima može se značajno smanjiti, poboljšavajući dugoročne rezultate za pacijente.
Ključ ove inovativne metode leži u biomimetičkoj prirodi adheziva. Dagnje koriste protein koji sadrži aminokiselinu dihidroksifenilalanin (DOPA) da se čvrsto pripiju za površine. Istraživači na Fraunhofer IAP-u u Potsdamu sarađivali su sa Fraunhofer IGB i Fraunhofer U.S. CMI na razvoju biomimetičkog lepka koji imitira ovo svojstvo.
Izuzetna svojstva lepljenja i vezivanja, koja podsećaju na prirodni mehanizam dagnji, omogućavaju široku primenu u biomedicini, uključujući zatvaranje otvorenih rana. Takođe se može primeniti kao lepak na titanijumske površine implantata, izazivajući prepoznavanje tela da je površina slična kostima i povezuje je sa kostima.
„DOPA osigurava da je adhezija veoma efikasna. Iskoristili smo ovo svojstvo u našem lepljivom materijalu tako što smo sintetizovali polimere koji sadrže dopamin, hemijski analog DOPA. Lepak na bazi dopamina se može mešati sa raznim aditivima, kao što je apatit, čestice supstance od koje se sastoje zubi, proteini i signalni molekuli. Oni podstiču rast koštanih ćelija i mogu se koristiti za oblaganje titanijumskih implantata“, objašnjava dr Volfditrih Majer, naučnik sa Fraunhofer IAP. Poseban premaz omogućava implantatu da izgleda „prirodno“ telu, podstičući proces zarastanja i integracije implantata. Održivo proizveden lepak na biološkoj osnovi takođe poseduje antimikrobna svojstva.
Polimeri zasnovani na dopaminu nisu korisni samo za adheziju tkiva već se mogu koristiti i za razvoj funkcionalizovanih površina, antibakterijskih materijala i pametnih premaza sa specifičnim funkcijama.
Funkcionalnost lepka može se povećati hemijskom sintezom, pa čak i modifikacijom koja omogućava reagovanje na svetlost, stvrdnjavanje pod dejstvom UV zraka. Ovaj proces pojačava adhezivni efekat. Fotoreaktivni materijali mogu se obrađivati u 3D štampi putem UV zračenja, omogućavajući izgradnju složenih struktura za prilagođene medicinske implantate.
Istraživački tim u Fraunhofer IAP i IGB uspeo je da razvije lepak za 3D štampanje umrežavanjem polimera. „Efikasno smo razvili materijal za 3D štampanje“, kaže Mejer. Bioprinter je korišćen za nanošenje materijala na trodimenzionalnu titanijumsku osovinu zgloba kuka u Fraunhofer američkom centru za proizvodnju inovacija CMI u Bostonu, SAD.
U budućim istraživanjima, istraživači planiraju da razviju rešenja za uključivanje i isključivanje svojstava lepka, omogućavajući hirurzima da brzo reaguju na netačne primene i deaktiviraju efekte lepka prema potrebi. Ova inovativna biomimetička metoda nosi značajan potencijal za preoblikovanje pejzaža ortopedskih hirurških intervencija, pružajući održiva i pacijentu prijateljska rešenja za implante kuka i potencijalno druge proteze.
