Indywidualnie dopasowane implanty z drukarki 3D

Naukowcy Politechniki Krakowskiej i Polskiej Akademii Nauk opracowali żywice ceramiczne utwardzane światłem, odwzorowujące strukturę kości. Materiał może być wykorzystywany m.in. do szybkiego druku 3D indywidualnie dopasowanych endoprotez i implantów.

– Nasza żywica to rewolucja – uznała kierująca projektem dr inż. Klaudia Trembecka-Wójciga z Wydziału Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej (PK) oraz Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk, cytowana na stronie internetowej uczelni. Według niej na rynku nie ma jeszcze materiału „tak gęsto opakowanego fazą ceramiczną, a jednocześnie utwardzanego światłem”.

– To otwiera nowe możliwości nie tylko w medycynie, ale w każdej dziedzinie, gdzie liczy się wytrzymałość i precyzja materiałów – zaznaczyła badaczka. Żywica ceramiczna utwardzana światłem pozwoli na druk materiałów ceramicznych techniką DLP (Digital Light Processing). Zdaniem wynalazców – zapewni to nie tylko precyzję druku i jego wysoką jakość, ale też wierne odwzorowanie kształtów.

Jak podała Joanny Ortyl, prof. PK, w projekcie jest wykorzystywana bioceramika oparta na tlenku cyrkonu, znana z wyjątkowej wytrzymałości mechanicznej i odporności na ścieranie. Ma to znaczenie, gdyż „kość nie jest jednorodna – ma złożoną, porowatą budowę”. – Staramy się naśladować naturę, aby implant funkcjonował tak dobrze, jak naturalna tkanka kostna. Druk 3D pozwala nam projektować gradientową porowatość i odwzorowywać strukturę wewnętrzną kości z niezwykłą precyzją – dodała.

Metoda pozwoli tworzyć implanty „szyte na miarę”, dobrze dopasowane do anatomii pacjenta.

– Możemy zeskanować ubytek kostny i wydrukować implant dopasowany do konkretnego pacjenta. To ogromna zaleta, zwłaszcza w przypadku dzieci czy osób o nietypowej budowie anatomicznej – podkreśliła dr inż. Trembecka-Wójciga.

Ceramika jest biozgodna w kontakcie z tkankami. Nie wywołuje reakcji alergicznych, nie jest toksyczna i nie będzie odrzucana przez organizm. Jak podkreślają badacze – dzięki wysokiemu współczynnikowi tarcia dłużej zachowuje swoje właściwości niż materiały metaliczne.

Rozwiązanie naukowców wychodzi naprzeciw spersonalizowanym potrzebom pacjentów ortopedycznych. – W przyszłości z naszej technologii będą mogły korzystać przede wszystkim osoby z chorobami zwyrodnieniowymi stawów, po urazach lub z ubytkami po zabiegach onkologicznych, które wymagają trwałych, lekkich i indywidualnie dopasowanych implantów ceramicznych – podkreśliła dr inż. Klaudia Trembecka-Wójciga.

Jak zaznaczono na stronach PK, w Polsce co roku wykonuje się ok. 60 tys. zabiegów endoprotezoplastyki stawu biodrowego, a ta liczba z roku na rok się zwiększa. Rośnie też zapotrzebowanie na implanty o wysokich właściwościach użytkowych.

Do najnowszych rozwiązań należą ceramiczne endoprotezy stawu biodrowego, które cechuje wysoka biotolerancja, duża odporność na ścieranie, odporność na korozję i porowatość. – Protezy ceramiczne są bardziej wytrzymałe i posiadają dużo większą żywotność w porównaniu do ich metalowych odpowiedników. Jednak proces ich wytwarzania jest skomplikowany, co podraża koszty produkcji i ogranicza ich dostępność – podkreśliła dr inż. Klaudia Trembecka-Wójciga, cytowana na stronach uczelni.

Naukowcy chcą, aby ich żywicę fotoutwardzalną można było stosować w dostępnych już drukarkach DLP. – Na rynku są już świetne drukarki, ale brakuje odpowiednich materiałów. Nasze rozwiązanie ma wypełnić tę lukę – dostarczamy technologii, która pozwoli na drukowanie biomedycznych implantów bez konieczności modyfikowania sprzętu – mówi prof. dr hab. inż. Joanny Ortyl. – Dążymy do tego, by lekarze mogli wydrukować implant czy protezę dopasowaną do pacjenta na miejscu, w szpitalu. To już nie science fiction – to kwestia czasu – dodała.

W interdyscyplinarnym zespole projektu, zatytułowanego „Innowacyjne porowate materiały ceramiczne drukowane w technice DLP z zastosowaniem wysokosprawnych inicjatorów fotochemicznych dedykowanych do integracji z tkanką kostną”, nad rozwiązaniem pracują naukowcy kilku jednostek naukowych, w tym głównie z Laboratorium Fotochemii i Spektroskopii Optycznej WIiTCH PK z grupy badawczej dr hab. inż. Joanny Ortyl, prof. PK.

Obecnie zespół jest na etapie przygotowania zgłoszenia patentowego. Jak poinformowała uczelnia, równolegle trwają rozmowy z partnerami biznesowymi dotyczące komercjalizacji rozwiązania – zarówno w modelu licencyjnym, jak i poprzez potencjalny startup.

W tym roku rozwiązanie z PK otrzymało nagrodę w konkurs „Kraków bez barier”, promującym osoby, instytucje i firmy, które podejmują działania mające na celu ułatwianie funkcjonowania osobom z niepełnosprawnościami w mieście.

Projekt innowacyjnych materiałów ceramicznych jest realizowany dzięki finansowaniu z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach XIII edycji programu „Lider (nr 13/0081/2011). (PAP)

wl/ bar/, fot. freepik.com

Data publikacji: 29.11.2025 r.