CENTRI I ODELJENJA
Novi materijali i nanotehnologije
Poluprovodnici i senzori
Robotika, mehatronika
Metalne konstrukcije u građevinarstvu

ENGLISH

Digital repository of ITS SASA

NOVOSTI
Juli 2007
 

Nanokristalni i nanostrukturni BIOMATERIJALI: KARTA ZA NOVI I duŽI ŽIVOT

 

Poslednjih godina akcenat niza naučnih istraživanja u zemljama SAD, Evropske unije i Japana stavljen je na oblast biomaterijala. Ova istraživanja se danas najviše finansiraju, jer imaju direktan uticaj na kvalitet i dužinu ljudskog života.

Koštano tkivo je posebno interesantno polje naučnih istraživanja, kako zbog veoma česte pojave osteoporoze tako i zbog same gradivne prirode organizma. Prirodna kost se najvećim delom sastoji od nanokristla i nanočestica kalcijum fosfata.

 

 

Nenad Ignjatovic
 


Prof. dr Nenad Ignjatović u laboratoriji


Sinteza nanokristalnih i nanostrukturnih kalcijum fosfata i kompozita za rekonstrukciju koštanog tkiva predstavlja osnovno polje istraživanja dela grupe za nove materijale i procese Instituta tehničkih nauka Srpske akademije nauka i umetnosti (ITN SANU) u Beogradu. Pored niza objavljenih naučnih radova u vodećim međunarodnim časopisima, predavanja održanih širom sveta, na vodećim svetskim univerzitetima, nekoliko odbranjenih doktorskih disertacija na različitim fakultetima u zemlji i nekoliko domaćih patenata Prof dr Dragan Uskoković i Prof. dr Nenad Ignjatović sa svojim saradnicima, već sada imaju mogućnost proizvodnje malih serija različitih proizvoda razvijenih u njihovoj laboratoriji.

 
Fig.1  

Prof. dr Nenad Ignjatović iz ITN SANU objašnjava da je sa ovim materijalom i određenim biokompatibilnim polimerima sintetisan kompozitni biomaterijal koji se s pravom može nazvati „VEŠTAČKA KOST“. Mada je sintetisana veštačkim putem, ona je ne samo po hemijskom sastavu nego i po strukturi gotovo ista kao prirodna kost, a poseduje i ista mehanička svojstva, poroznost itd.
Koncept ovog biomaterijala i implanata koji su od njega napravljeni sasvim je nov i razlikuje se od svih ranije poznatih. Naime, nakon implantacije ovaj „pametni material“, jednostavno rečeno, „oživi“, prilagođava se potrebama organizma i njegovom metabolizmu i na kraju nestaje (umire) a na njegovo mesto dolazi novoformirano tkivo. Ovaj biomaterijal se sastoji od bioneresorbilne i organizmu potrebne komponente (hidroksiapatita i trikalcijum fosfata) i bioresorbilne polimerne komponente. Vremenom se polimer resorbuje i nestaje a produkti njegove razgradnje – voda i ugljendioksid – apsolutno su neštetni za bilo koji organizam. Polimer nestaje istom brzinom kojom se formira novo tkivo organizma, tako da na kraju procesa reparacije mesto polimera zauzima novo tkivo koje je sam organizam stvorio. Iz tih razloga, proliferacija tkiva kroz implant je potpuna.

Slika 1. Biomaterijali: šta se sve danas rekonstruiše uz pomoć biomaterijala

„Jednostavno govoreći, mesto reparacije oživljava, prokrvljuje se i uključuje u normalan metabolizam okolnog tkiva. Nakon određenog vremena teško je uopšte odrediti gde se nekada nalazio implant od ovog materijala i identifikovati mesto na kom je vršena reparacija“, kaže Prof. dr Nenad Ignjatović. Proces rekonstrukcije može se ubrzati unošenjem odredjenih faktora rasta u sam materijal. Ako srastanje određenog preloma traje dva meseca, sa faktorima rasta taj proces se može gotovo dvostruko skratiti. To omogućava kvalitetniji način života svakom pacijentu tokom i nakon zahvata. Sam proces sinteze ovog kompozita omogućava projektovanje hemijskih, mehaničkih ali i bioloških svojstava, što proširuje mogućnost primene ovog postupka. Koncept strukture i svojstava ove tzv. veštačke kosti, koja se po svim karakteristikama može smatrati prirodnom, u potpunosti je preuzet iz prirode. Međutim, od osnovne ideje do konkretne realizacije morale su da proteknu godine mukotrpnog rada.

Pomenuta istraživanja imaju veoma širok aspekt važnosti. Od fundamentalnog, naučnog, do konkretnog, aplikativnog. Može se reći da ova istraživanja uključuju sve od sinteze, preko ispitivanja, do primene.
 

U prvom segmentu izvršena su predklinička istraživanja na ćelijskim kulturama. Dr Petar Ninkov sa Stomatološkog fakulteta Univerziteta u Novom Sadu, u okviru istraživanja obavljenih na tom fakultetu i u Institutu za onkologiju u Sremskoj Kamenici, potvrdio je značaj ovih biomaterijala i ukazao na prednosti potencijalne primene. Eksperimentalna studija izvršena na ljudskim ćelijskim kulturama (slika 2) ukazala je na visok potencijal primene ovih biomaterijala. Nivo citotoksičnosti je bio znatno ispod svih vrednosti drugih biomaterijala; ćelije fibroblasta su površinu biomaterijala „ocenile“ kao idealnu za svoj boravak, što je i priikazano na slici 2.
U istraživanjima izvedenim na velikom uzorku eksperimentalnih životinja dr Zorica Ajduković sa Stomatološkog fakulteta u Nišu potvrdila je aplikativne vrednosti ovih materijala. Nakon što su u predkliničkim uslovima uspešno potvrđene mogućnosti primene pomenutih biomaterijala, prešlo se na ispitivanja u kliničkim uslovima. U cilju rešavanja problema deficita koštanog tkiva izazvanog uznapredovalom resorpcijom alveolarne kosti u sklopu sistemske osteoporoze, primenjen je sintetisani biomaterijal. Rezultati istraživanja potvrdili su da prilikom primene kompozitnog biomaterijala u rekonstrukciji osteoporozom oslabljene alveolarne kosti (slika 3a) dolazi do povećanja gustine alveolarne kosti; kvalitet tkiva proteznog oslonca nakon implantacije biokompozita je zadovoljavajući, a implant može da podnese sile opterećenja protetskih nadoknada (slika 3b). Jednostavno govoreći, primenjeni biomaterijal ubrzao je i olakšao proces zarastanja postekstrakcionih rana. Upotreba pomenutog biokompozita za posledicu ima smanjenje broja dodatnih intervencija. Ona obezbeđuje stvaranje nove kosti slične prirodnom koštanom tkivu, a samim tim ubrzava osteogenezu i sprečava resorpciju. Ovakva rekonstrukcija u potpunosti ispunjava i estetske i fonetske zahteve.
Prof dr Vitomir Konstantinović sa Stomatološkog fakulteta u Beogradu ispitivao je mogućnosti primene ovih biomaterijala u formi punilaca, što predstavlja pogodnost prilikom reparacije različitih koštanih džepova u maksilofacijalnoj hirurgiji. Prof Konstantinović je ispitao i mogućnosti primene kompozitnih biomaterijala u smesi sa faktorima rasta, što za krajnji cilj ima ubrzavanje procesa osteogeneze. Forma punioca je veoma pogodna za praktičan rad jer omogućava jednostavnu i laku primenu, što hirušku intervenciju čini lakšom i jednostavnijom, a krajnji cilj se ostvaruje za znatno kraće vreme.
Primena soft-lasera (tzv. laseri male snage, niskoenergetski laseri) predstavlja značajan doprinos savremenoj medicini. Primetna je sve veća primena njihovog blagotvornog efekta u terapeutskim postupcima. Niskoenergetski laseri imaju snažno biostimulativno dejstvo koje se ogleda u povećanju ćelijskog metabolizma i mikrocirkulacije, što za posledicu ima povećan broj mitoza epitelnih, vezivno-tkivnih i koštanih ćelija (slika 4). Primena soft-lasera u rekonstrukciji koštanog tkiva uz pomoć kompozitnih biomaterijala koji se sintetišu u Institutu tehničkih nauka SANU predstavlja trenutno polje istraživanja prof. dr Ljiljane Kesić sa Stomatološkog fakulteta u Nišu.

  Fig.2

Slika 2. Predklinička istraživanja: ćelije fibroblasta „uživaju“ na biomaterijalul
 
Fig.3a

Slika 3a. Vilica pre rekonstrukcije uz pomoć biomaterijala
 
Fig.3b

Slika 3b. Stanje nakon rekonstrukcije izvršena uz pomoć biomaterijala i obavljenih protetskih nadoknada

 
Fig.4

Slika 4. Primena soft-lasera u stomatologiji


Dosadašnji rezultati ukazuju na opravdanost primene lasera kao stimulansa u ragenerativnim terapeutskim metodama i prilikom implantacije biomaterijala na nivou koštanih defekata. Upotrebom lasera u ove svrhe povećava se gustina kostiju, što za krajnji cilj ima smanjivanje verovatnoće pojavljivanja nepoželjnih procesa.
„Naša dosadašnja istraživanja dala su izvanredne rezultate kako u domenu naučnih istraživanja tako i u krajnje pozitivnom biološkom odgovoru organizma na implantaciju ovog biomaterijala potvrđenu u nizu kliničkih istraživanja“, uverava nas prof. dr Dragan Uskoković, direktor Instituta tehničkih nauka SANU. Najveći problem koji on ističe jeste nemogućnost prenošenja ovih znanja i proizvoda domaćim institucijama i organizacijama. „Pokušavamo to da uradimo i sa inostranim institucijama, ali tu se javljaju drugi problemi vezani za intelektualnu svojinu i registraciju proizvoda. Znamo da je u pitanju izvanredan materijal na kome mnogo ljudi radi u svetu sa promenljivim uspehom i da su naši potencijali ogromni, što nam daje snage da istrajemo“, zaključuje Prof Uskoković.

Reference:

[1] N. Ignjatovic. P. Ninkov, Z. Ajdukovic, D. Vasiljevic-Radovic, D. Uskokovic, "Biphasic Calcium Phosphate/Poly-Dl-Lactide-Co-Glycolide Composite Biomaterial as Bone Substitute", Journal of the European Ceramic Society 27 (2007) 1589–1594

[2] N. Ignjatovic, P. Ninkov, Z. Ajdukovic, V. Konstantinovic, D. Uskokovic, Biphasic Calcium Phosphate/Poly-(DL-Lactide-co-Glycolide) Biocomposite as Filler and Blocks for Reparation of Bone Tissue, Materials Science Forum 494 (2005) 519–524

[3] N. Ignjatovic, Z. Ajdukovic, D. Uskokovic, New biocomposite calciumphosphate/poly-DL-lactide-co-glicolide/biostimulatite agens filler for reconstruction of bone tissue changed by osteoporosis", Journal of Materials Sciences: Materials in Medicine, 16 (2005) 621–626

[4] Z. Ajdukovic, N. Ignjatovic, D. Petrovic, D. Uskokovic, "Substitution of Osteoporotic Alveolar Bone by Biphasic Calciumphosphate/Poly-Dl-Lactide-Co-Glycolide Biomaterials", Journal of Biomaterials Application 21 (2007) 317–328

[5] R. Zivkovic, Lj. Kesic, D. Mihailovic, N. Ignjatovic, D. Uskokovic, Investigation of HeNe laser therapy influence on BCP/PLGA osseointegration - Experimental study, Facta Universitatis, Series: Medicine and Biology , 13 (2006) 109–113

 
 

KONTAKT:

Prof. dr Nenad Ignjatović
Institut tehničkih nauka SANU, Beograd
tel.: +381 11 2636 994, lok. 108
e-mail: nenad.ignjatovic@itn.sanu.ac.rs

Milica Ševkušić (On-line urednik)
Institut tehničkih nauka SANU, Beograd
tel.: +381 11 2636 994, lok. 103
e-mail: biblioteka@itn.sanu.ac.rs

 

 

 
   
Copyright © 2007 Institut tehničkih nauka Srpske akademije nauka i umetnosti