Protibakterijske zlitine: razvoj z aditivno 3D tehnologijo, karakterizacija in klinična uporaba

Staranje prebivalstva predstavlja izjemen izziv za družbo. Zdravljenje s starostjo povezanih bolezni kot so osteoartritis in bolezni zob, se zato povečuje. V EU se letno vgradi približno 1,5 milijona ortopedskih in 5,5 milijona zobnih vsadkov. Toda tudi če so materiali za vsadke pravilno izbrani in je kirurška tehnika zelo učinkovita, lahko vsadek odpove zaradi okužbe. Okužba vsadka (OV) je najbolj kritičen zaplet ortopedske in zobne kirurgije, ki zahteva dolgotrajno antibiotično zdravljenje, zamenjavo vsadka in v hujših primerih amputacijo. Smrtnost se lahko primerja s tisto zaradi rakavih obolenj. Vplivi na zdravstveno blagajno so ogromni. Zato je v velikem interesu predvsem za bolnike, medicinsko skupnost in zdravstveni proračun, da se incidenca okužb ohrani na nizki ravni – bodisi z izboljšanjem profilakse bodisi z uporabo materialov za preprečevanje ali upočasnitev razvoja okužbe. Trenutno stanje tehnike v klinični praksi ne vključuje materiala, ki bi lahko sam po sebi preprečeval okužbo in se opira na uporabo antibiotikov in odstranitev vsadka. Pretirano uživanje antibiotikov pa vodi do odpornosti na protimikrobna zdravila. Cilj tega projekta je preprečevanje okužb vsadkov z drugačno strategijo, in sicer z razvojem novega razreda zlitin za izdelavo vsadkov z dolgotrajno lastno protibakterijsko funkcijo. Protibakterijske zlitine bodo odpravile potrebo po površinskih modifikacijah ali prevlekah, ki kljub obilici akademskih raziskav še niso vstopile v klinično fazo. Program dela je razdeljen na dva dela. V KLINIČNEM delu bodo opravljene retrospektivne in prospektivne študije incidence okužb ortopedskih in zobnih vsadkov ter s tem povezane faktorske analize. Na podlagi rezultatov bomo postavili klinične smernice za OV. Vzporedno se bodo zbirali klinični vzorci, ki jih bomo mikrobiološko analizirali. V EKSPERIMENTALNEM delu bomo izhajali iz najbolj uporabljanega komercialnega materiala za vsadke, zlitine Ti-6Al-4V, in ji dodali baker, ki je znano protimikrobno sredstvo in hkrati esencialen element v človeškem telesu. Dobili bomo Ti-6Al-4V-xCu zlitine, kjer je x vsebnost bakra. Ta novi material bo razvit z uporabo sodobne aditivne 3D izdelovalne tehnologije, ki bo dopolnjena z izbranimi obdelovalnimi metodami za prilagajanje lastnosti materiala in konstrukcijske izvedbe. Material bomo karakterizirali glede na mehanske lastnosti, mikrostrukturo, korozijske lastnosti, sproščanje Cu, in vitro osteointegracijo, antibakterijske in biokompatibilne lastnosti. Nazadnje bo kot zadnji, predklinični korak, izvedeno testiranje izbranih vzorcev novega materiala na živalih in vivo. Znanstveni izzivi vključujejo razvoj zlitine Ti-6Al-4V-xCu z optimizirano vsebnostjo bakra, ustrezno mikrostrukturo, minimalno poroznostjo in definirano hrapavostjo, primernimi mehanskimi lastnostmi, visoko korozijsko odpornostjo v simuliranih fizioloških pogojih, antibakterijsko aktivnostjo proti klinično ustreznim sevom bakterij, in biokompatibilnostjo. Rezultati projekta bodo pomembni za medicinsko skupnost, razvoj tehnologije in materialov, biotehnologijo ter naravoslovje. Nenazadnje bodo rezultati koristili predvsem bolnikom, ki trpijo zaradi okužbe vsadka. Projektni partnerji tvorijo konzorcij, ki je sposoben vzpostaviti antibakterijske zlitine kot novo strategijo boja proti OV in so strokovnjaki iz različnih strok: ortopedske (OBV) in zobne kirurgije (MF UL), razvoja tehnologije (FS UL), znanosti o materialih in koroziji (IJS), mikrobiologije, biokompatibilnosti, antibakterijskega zdravljenja, statistike preživetja vsadka (OBV) in poskusih na živalih (BF UL). Projekt zajema celoten cikel, ki se začne od kliničnih potreb in strokovnega znanja v medicini, preko razvoja tehnologije in karakterizacije materialov, ocene antibakterijske in biokompatibilnosti do testiranja na živalih kot predklinične faze. Projekt bo odprl tudi nove možnosti za širok spekter aplikacij novo razvitega materiala v medicini in biotehnologiji.