Τα εμφυτεύματα ισχίου από τιτάνιο δεν διαρκούν για πάντα — χαλαρώνουν σταδιακά, χάνοντας αργά ή γρήγορα το κόκκαλό τους καθώς υποχωρεί με την πάροδο του χρόνου. Ερευνητές στο Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP εργάζονται μαζί με το Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB και το Fraunhofer U.S.
Το βιομιμητικό, αντιμικροβιακό υλικό εφαρμόζεται στην επιφάνεια από τιτάνιο του εμφυτεύματος, το οποίο στη συνέχεια συνδέεται με το οστό και προσκολλάται φυσικά στο οστό. Το κλειδί εδώ είναι ότι η κόλλα ιστού, η οποία μιμείται την συγκολλητική ιδιότητα των μυδιών, μπορεί να εκτυπωθεί—ακόμα και σε καμπύλες και ανώμαλες επιφάνειες.
Ο όλεθρος των πλοιοκτητών, τα μύδια προσκολλώνται σφιχτά στο κύτος των σκαφών, και οι αυξήσεις τους αποδεικνύονται δύσκολο να αφαιρεθούν. Τα μύδια χρησιμοποιούν μια πρωτεΐνη που περιέχει το αμινοξύ διυδροξυφαινυλαλανίνη (επίσης γνωστή ως DOPA) για να προσκολληθούν στις επιφάνειες. Ερευνητές στο Fraunhofer IAP στο Επιστημονικό Πάρκο του Πότσνταμ συνεργάζονται με τους Fraunhofer IGB και Fraunhofer U.S. CMI για την ανάπτυξη μιας βιομιμητικής κόλλας που μιμείται αυτήν την ιδιότητα.
Ξεχωρίζει από τις αξιοσημείωτες συγκολλητικές του ιδιότητες, οι οποίες του επιτρέπουν να χρησιμοποιείται σε ποικίλες εφαρμογές στη βιοϊατρική, όπως το κλείσιμο ανοιχτών πληγών, για παράδειγμα. Μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στις επιφάνειες τιτανίου των εμφυτευμάτων ως συγκολλητικό, προκαλώντας το σώμα να αναγνωρίσει την επιφάνεια ως ουσία που μοιάζει με κόκκαλο και να τη συνδέσει με το οστό.
“Το DOPA διασφαλίζει ότι η πρόσφυση είναι εξαιρετικά αποτελεσματική. Έχουμε χρησιμοποιήσει αυτήν την ιδιότητα στο συγκολλητικό μας υλικό συνθέτοντας πολυμερή που περιέχουν ντοπαμίνη, ένα χημικό ανάλογο του DOPA. Η κόλλα με βάση την ντοπαμίνη μπορεί να αναμιχθεί με μια ποικιλία προσθέτων, όπως ο απατίτης (μια ουσία από την οποία αποτελούνται τα δόντια), πρωτεΐνες και μόρια σήματος.
«Αυτά προάγουν την ανάπτυξη των οστικών κυττάρων και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίστρωση εμφυτευμάτων τιτανίου, για παράδειγμα», εξηγεί ο Δρ Wolfdietrich Meyer, επιστήμονας στο Fraunhofer IAP. Η ειδική επίστρωση επιτρέπει στο εμφύτευμα να φαίνεται πιο «φυσικό» στο σώμα, προάγοντας τη διαδικασία επούλωσης και την ενσωμάτωση του εμφυτεύματος. Η βιο-βάση, βιώσιμα παραγόμενη κόλλα έχει επίσης αντιμικροβιακές ιδιότητες.
Τα πολυμερή με βάση την ντοπαμίνη δεν είναι κατάλληλα μόνο για προσκόλληση ιστού: Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη λειτουργικών επιφανειών, αντιβακτηριακών υλικών και έξυπνων επικαλύψεων με ειδικές λειτουργίες.
Οι φωτοαντιδραστικές κόλλες μπορούν να εκτυπωθούν σε ανώμαλες επιφάνειες
Η λειτουργικότητα της κόλλας μπορεί να αυξηθεί μέσω χημικής σύνθεσης. Μπορεί να τροποποιηθεί για να αντιδρά στο φως, έτσι ώστε να σκληραίνει όταν εκτίθεται σε ακτίνες UV. Αυτή η διαδικασία ενισχύει το συγκολλητικό του αποτέλεσμα. Τα φωτοαντιδραστικά υλικά μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία σε τρισδιάστατη εκτύπωση χρησιμοποιώντας υπεριώδη ακτινοβολία. Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει την κατασκευή πολύπλοκων δομών για προσαρμοσμένα ιατρικά εμφυτεύματα.
Η ερευνητική ομάδα της Fraunhofer IAP και της IGB πέτυχε να καταστήσει την κόλλα εκτυπώσιμη με διασταυρούμενη σύνδεση των πολυμερών. «Έχουμε αναπτύξει αποτελεσματικά το εκτυπωτικό υλικό για τρισδιάστατη εκτύπωση», λέει ο Meyer. Ένας βιοεκτυπωτής χρησιμοποιήθηκε για την εφαρμογή του υλικού στον τρισδιάστατο άξονα τιτανίου μιας άρθρωσης ισχίου στο Fraunhofer U.S. Center for Manufacturing Innovation CMI στη Βοστώνη των Η.Π.Α.