Badania nad bioceramiką przyszłości. Nowy projekt dr. inż. Marcina Wekwejta | WIMiO - Politechnika Gdańska

Kwota dofinansowania wynosi 49 720 zł.

Jednym z istotnych problemów związanych ze stosowaniem implantów jest ryzyko infekcji. Bakterie mogą przyczepiać się do powierzchni materiału i tworzyć biofilm, który jest później bardzo trudny do zwalczenia. Dodatkowym wyzwaniem jest narastający problem oporności bakterii na antybiotyki, dlatego poszukuje się nowych sposobów ograniczania zakażeń związanych z implantami. Jednym z kierunków rozwoju współczesnych biomateriałów jest nadawanie im dodatkowych funkcji biologicznych, w tym zdolności do ograniczania rozwoju bakterii, przy jednoczesnym zachowaniu warunków sprzyjających komórkom otaczających tkanki. Właśnie w ten kierunek wpisuje się projekt dr. inż. Marcina Wekwejta – jego celem jest opracowanie bioceramicznej powierzchni, która nie będzie jedynie biernym elementem implantu, ale będzie aktywnie oddziaływać z jego biologicznym otoczeniem.

 - Celem projektu jest opracowanie nowego sposobu uzyskiwania ochrony antybakteryjnej dla nowoczesnych materiałów bioceramicznych na bazie polisilazanów. To specjalna grupa ceramik, które powstają z odpowiednio zaprojektowanych materiałów polimerowych, co daje duże możliwości kontrolowania ich składu i właściwości, a także nadawania im różnych kształtów oraz form. Głównym elementem modyfikacji tych materiałów będzie biofunkcjonalizacja ich powierzchni z wykorzystaniem kwasu taninowego – naturalnego związku należącego do polifenoli, oraz jego zdolności do łączenia się z jonami metali – podkreśla naukowiec.W ten sposób na powierzchni ceramiki ma powstać aktywna warstwa ograniczająca rozwój bakterii, bez konieczności zmieniania całego materiału.

Ważne etapy badań

Badania będą obejmowały kilka etapów – od przygotowania materiałów ceramicznych, przez modyfikację ich powierzchni, aż po szczegółową charakterystykę i badania biologiczne.

- Jednym z kluczowych elementów będzie stworzenie na powierzchni ceramiki dodatkowej, reaktywnej warstwy pośredniej. Ma ona umożliwić trwałe związanie z powierzchnią układów opartych na kwasie taninowym i jonach metali. Następnie sprawdzę, jak zastosowana modyfikacja wpływa na strukturę, skład chemiczny i właściwości powierzchni materiału. Istotnym etapem będzie również ocena aktywności antybakteryjnej. Zależy mi nie tylko na sprawdzeniu, czy opracowane rozwiązanie działa, ale także na poznaniu zależności pomiędzy właściwościami zmodyfikowanej powierzchni a odpowiedzią biologiczną materiału – tłumaczy dr inż. Marcin Wekwejt.

Współpraca z Politecnico di Torino

Są to nowe badania, które powstały z połączenia kompetencji dwóch stron. Zespół
z Politecnico di Torino posiada doświadczenie w otrzymywaniu i modyfikacji nowoczesnych ceramik na bazie polisilazanów, natomiast dr inż. Wekwejt wnosi wiedzę z zakresu biofunkcjonalizacji biomateriałów, którą rozwijał podczas stażu podoktorskiego w Kanadzie.

- Koncepcję projektu i plan badań opracowaliśmy wspólnie już na etapie przygotowywania wniosku, dlatego obecnie mamy przygotowane założenia teoretyczne oraz plan eksperymentalny. W najbliższym czasie rozpoczniemy pierwsze prace, natomiast główny etap badań zostanie zrealizowany podczas mojego trzymiesięcznego stażu w Turynie. Będą to badaniao charakterze pilotażowym, które pozwolą nam zweryfikować założoną koncepcję i wyznaczyć kierunek dalszych wspólnych prac – mówi dr Wekwejt.

Staż badawczy na Politecnico di Torino we Włoszech pozwoli połączyć doświadczenie tamtejszego zespołu w zakresie nowoczesnych materiałów ceramicznych z badaniami naukowca WIMiO nad biomateriałami i ich funkcjonalizacją.

Kilka aktywności biologicznych jednocześnie

Największą nowością projektu będzie połączenie bioceramiki otrzymywanej z polimerów
z kompleksami opartymi na polifenolach i jonach metali. Ich dużą zaletą jest możliwość uzyskania nie jednej, ale kilku aktywności biologicznych jednocześnie. Odpowiednio zaprojektowana powłoka może wykazywać właściwości antybakteryjne i antyoksydacyjne, a jednocześnie wspierać procesy związane z osteogenezą, czyli tworzeniem nowej tkanki kostnej. W dalszej perspektywie wyniki projektu mogą stać się podstawą rozwoju nowych wielofunkcyjnych powierzchni biomateriałów ceramicznych przeznaczonych do zastosowań
w regeneracji tkanki kostnej.

W sumie finansowanie w ramach konkursu Narodowego Centrum Nauki MINIATURA 10 otrzymało czworo naukowców  z Politechniki Gdańskiej. Pozyskali ponad 160 tys. zł.