Vedci zo SAV predstavili nový materiál na kostné a zubné implantáty

Autor SAV júl 2020 -
Implantáty BIACOM testované v kosti pokusnej ovce Implantáty BIACOM testované v kosti pokusnej ovce SAV

Výskumnému tímu vedcov Slovenskej akadémie vied sa podarilo vyvinúť jedinečný kompozitný materiál BIACOM na báze titánu a horčíka.

Implantáty vyrobené z materiálu BIACOM® (BIoActive COmposite Metal) sú vhodné na trvalú prítomnosť a funkciu v ľudskom tele, pre aplikácie vystavené vysokému a cyklickému mechanickému namáhaniu. To platí najmä pre zubné implantáty. Tvorcami materiálu sú vedeckí pracovníci z Ústavu materiálov a mechaniky strojov SAV: Martin Balog, Ahmed Mohamed Hassan Ibrahim a Peter Krížik.

Nedostatky doteraz používaných implantátov

„Použitím nového materiálu pripraveného špeciálnymi metódami práškovej metalurgie sa podarilo zredukovať hlavné nedostatky doteraz používaných Ti implantátov z materiálov triedy 4 a 5. Nevýhodou týchto tried bol modul pružnosti, ktorý je podstatne vyšší ako pri kostiach,“ vysvetľuje A. M. H. Ibrahim.

Medzi modulom pružnosti implantátu a ľudských kostí dochádza k javu označovanému ako stress-shielding, V dôsledku tohto javu prenáša implantát výrazne väčšie zaťaženie v porovnaní s kosťou, kosť nie je dostatočne zaťažovaná, čo môže viesť k atrofii alebo kostnej osteoporóze v okolí osadeného implantátu a následne až k lokálnemu uvoľneniu implantátu.

Druhým hlavným obmedzením implantátov vyrobených z Ti triedy 4 a 5 je ich nedostatočná povrchová aktivita. Kvôli tomu je nutné ich povrch dodatočne upravovať, čím sa zabezpečí dobrá integrácia s kosťou s cieľom dosiahnutia pevného a trvalého spojenia na rozhraní implantátu a kosti.

Štruktúra BIACOM implantátu

„BIACOM pozostáva z dvoch vzájomne nerozpustných kovov rôznych vlastností. V nosnej trvalej matričnej Ti štruktúre sa nachádza biologicky odbúrateľná zložka – horčík – vo forme homogénne rozmiestnených, účelovo usmernených a navzájom spojitých vláken,“ popisuje M. Balog.

Špecifická mikroštruktúra Ti matrice poskytuje kompozitnému implantátu mechanickú pevnosť, únavovú životnosť a chemickú odolnosť, zatiaľ čo horčíková (Mg) zložka znižuje modul pružnosti.

Postupným odbúravaním Mg zložky najprv z povrchu a neskôr z jadra implantátu v koróznom prostredí, t. j. po implantácii, sa v implantáte vytvárajú póry, ktoré vedú k ďalšiemu poklesu modulu pružnosti. Zároveň tak vytvárajú priestor na pevnú fixáciu implantátu v kosti.

Vytvorené póry zvyšujú kontaktnú plochu medzi implantátom a susednými tkanivami, čím sa zlepší mechanická kompatibilita a prenos zaťaženia medzi implantátom a kosťou. Rýchlosť odbúravania Mg zložky je riadená tak, aby nedochádzalo k prípadným nežiaducim efektom spojeným s jeho rýchlou koróziou.

implantát 2aPosudzovanie materiálu zubného implantátu

Výroba a testovanie

Implantáty boli vyrobené v spolupráci so slovenskou firmou MARTIKAN, s. r. o., ktorá je zameraná na výrobu a predaj  biomedicínskych Ti implantátov. Hutný kompozitný materiál bol dodaný ÚMMS, SAV.

„Implantáty sa podrobili skúškam podľa príslušných ISO štandardov a dosiahli výborné výsledky. Posudzovali sa mechanické a únavové vlastnosti aj korózne správanie,“ uvádza P. Krížik, vedúci Divízie nových materiálov a technológií ÚMMS SAV.

V spolupráci so zahraničnými a domácimi partnermi (School of dental medicine v Záhrebe, Institute of Genetic Engineering and Biotechnology v Gebze, Biomedicínske centrum SAV) bola vyhodnotená biokompatibilita v in-vitro podmienkach. Predbežné in-vivo implantačné testy sa zrealizovali na veľkých zvieracích modeloch.

Právna ochrana

Pre zabezpečenie priemyselno-právnej ochrany BIACOM® implantátov boli podané prihlášky – medzinárodná PCT, EPO a izraelská patentová. Taktiež sa intenzívne realizujú aktivity na komerčné uplatnenie tohto jedinečného riešenia. 

TS SAV

vedci 2Spoluautori nového materiálu, doktorand A. M. H. Ibrahim, MSc., a Ing. Martin Balog, PhD.

Partneri