Egyedi gyártású mikrostruktúrált felületek fejlesztése vállízületi implantátumok kenésének javításához

Pályázat összefoglalója

A jelenlegi ortopédiai gyakorlatban a visszafordíthatatlanul sérült ízületek protetizálása igen kifejlett eljárás. A beültetett implantátumok esetében idővel kopás következtében aszeptikus kilazulás jön létre, amely az implantátum tönkremenetelét jelenti. Az implantátum aszeptikus kilazulása fertőzés nélküli, mechanikai hatások által létrejövő kórkép, valamint a kopási törmelék által kiváltott immun válasz által közvetített osteolysisben gyökerezik. Ez utóbbi csontvesztés formájában nyilvánul meg az implantátum körül. Ezért elengedhetetlen a mesterséges ízületek túlélésének javítása érdekében a kopás és az ennek következtében képződő kopadék okozta terhelés minimalizálása. Mint a legtöbb ortopédiai ízületi implantátumnál, a vállízület pótlásakor is, a polietilén (PE)-fém érintkező felületeket használják leggyakrabban. Egy tipikus anatómiai teljes váll implantátumnál a csúszó pár a PE vápabetétből és a felkari szár tetején lévő fém fejből áll. A csípőprotézissel ellentétben, ahol a gömbfej transzlációs mozgás nélkül mozog a vápában, a vállprotézisben lehetséges a gömbfej vápában való transzlációs mozgása, amelynek eredménye öt szabadságfokú mozgás. A mesterséges vállízületek in vitro és in vivo viselkedése és teljesítménye között jelentős különbség van. A kísérleti szakaszban három fő probléma került meghatározásra: - nem megfelelő vizsgálati módszerek (az elvégzett uni- és biaxiális kopásvizsgálatok nem felelnek meg a valóságnak), - elégtelen kenés in vivo annak ellenére, hogy az ortopédiai implantátumokat szinoviális folyadék veszi körül (az eredeti sérülésmentes porc tartályként szolgál az ízületi folyadék számára, míg a mesterséges implantátumok csatlakozó felületei körül a folyadék teljesen távozhat, az szabadon mozog) - a polietilén elégtelen mechanikai tulajdonságai (hajlam az élek kopására / alakváltozására, kúszás, pitting). A mesterséges ízületek kenése jelenleg fontos kutatási kérdés. Egy nemrégiben megjelent publikációban kemény-kemény felületű ízületi modellben a felszínen kialakított mikromélyedések hatását vizsgálták. Ugyan a bemutatott eredmények ígéretesek voltak, a kísérleti elrendezés folyamatos mozgást biztosított az érintkezési felületek között, ami irreális. Az ízületi kenés javításának további jelenlegi tendenciái közé tartozik a liposzóma kenés, a felületkezelések, például az ultravékony polielektrolit bevonatok, és a kenőfolyadékban a polietilénglikol (PEG) alkalmazása. Az említett eljárások in vitro ígéretes eredményeket mutattak fel, ugyanakkor mindegyik eljárásnak megvan a maga korláta in vivo alkalmazhatóság tekintetében, vagy azért, mert a felületi tulajdonságok fenntartása nehézkes pl. a liposzóma kenésnél, vagy, mert az ízület állandó PEG- ellátásának biztosítása kihívásokba ütközik. Jelen kutatásban a fent említett problémákat az alábbi módon kívánjuk kezelni: - az in vivo biomechanikát mintázó koncepció mesterséges ízületi kenési rendszerének megtervezése és tesztelése, mérnöki élvonalbeli additív gyártástechnológia felhasználásával - az anatómiai vállmechanikának megfelelő 5 szabadságfokkal rendelkező ízületi szimulátor berendezés használata, amelyet korábban az Semmelweis Egyetem (SE) és a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) tervezett - alternatív, porózus szerkezetű, Voronoi-cellákból álló érintkező felületek (eredeti porcszerkezet, oilite (R) csapágyak ihlette) és belső felületi mikrostruktúrák (struktúrált felületű csapágyak mintájára) tesztelése, - mesterséges ízületi folyadék kifejlesztése ennek elősegítése érdekében, valamint további kutatás stabil szerkezet, hosszú távú stabilitás kapcsán.

Pályázat eredményei

Pályázat támogatásával megjelent közlemények

1. 
   Keszei K., Kovács N. K.: Személyre szabható ízületi protézisek alternatív polimer anyagai és gyártástechnológiái.. Polimerek, 7, 89-96 (2021)