Uvolněné otěrové částice kloubních náhrad kontaminují okolní tkáně. Především vysokomolekulární polyetylen je pak hlavním viníkem úbytku kostní tkáně a následného uvolnění náhrady. Nanovlákenná kompozitní membrána by však mohla být schopna tyto částečky zachytit a „uskladnit", čímž by vzniku osteolýzy zabránila.
Doc. Lukáš Čapek se na půdě Technické univerzity v Liberci ve svém výzkumu dlouhodobě zaměřuje na moderní aplikace v medicíně. Ve spolupráci s lékaři liberecké nemocnice například na liberecké fakultě strojní vyvinul na míru vyráběné náhrady poškozených lebečních a obličejových kostí. S kolegou Petrem Henyšem a ve spolupráci s vývojovým týmem kladenské společnosti Beznoska vyvinul patentově chráněný přístroj, který diagnostikuje stabilitu endoprotézy kyčelního kloubu. V současné době se zaměřuje na fakultě textilní na vyřešení klíčového tématu prodloužení životnosti kloubních implantátů, konkrétně na to, jak zamezit kontaktu uvolňujících se plastových mikročástic s kostní tkání, a omezit tak úbytek kostní tkáně. Přiznává, že aplikace v oblasti medicíny jsou pro něj stále velkou výzvou, a připravuje další výzkumné záměry.
Kyčelní kloub (articulatio coxae) spojující stehenní kost s pánví je lidském těle po kloubu kolenním druhým největším kloubem. Kloubní plochy kyčelního kloubu tvoří jamka na kosti kyčelní, která vzniká srůstem tří kostí a hlavici stehenní kosti. Jamka je hluboká a rozšířená o labrum, tedy chrupavčitý lem uzavírající kyčelní kloub. V jamce, do které zapadá hlavice, se nachází takzvaná synoviální tekutina vytvářející film zajišťující plynulý rotační pohyb.
Kloubní náhradě však taková tekutina chybí. Po implantaci postupně dochází k vytváření nového kloubního pouzdra, do něhož se však třením postupně uvolňují otěrové mikročástice polyetylenu, kovu, keramiky, cementu a dalších materiálů používaných při konstrukci kloubních náhrad.
„Uvolněné otěrové částice přicházejí do kontaktu s okolními tkáněmi. Zde iniciují buněčnou reakci na cizorodý materiál. Hlavním viníkem vedoucím k úbytku kostní tkáně a následné uvolnění endoprotézy je pak právě vysokomolekulární polyetylen," vysvětluje doc. Čapek.
Životnost kyčelního implantátu zlepší nanomembrána
Kloubní implantáty se dělají z kovu, nejčastěji z titanové slitiny či slitiny chrom-molybdenu. Kluzné části jsou pak nejčastěji vyráběny z vysoce molekulárního polyetylenu. Během tření těchto prvků se však uvolňují drobné částečky plastu o různých mikrovelikostech, přičemž částice o velikosti do jednoho mikrometru jsou nejaktivnější a jsou spojovány s úbytkem kostní tkáně v okolí endoprotézy - s osteolýzou.
Podle doc. Čapka řeší většina vývojových a výzkumných laboratoří na světě tento problém tak, že se snaží vyvíjet nové materiály nebo povrchové vrstvy, a modifikovat tak povrchové vlastnosti implantátu, aby se snižovalo tření mezi jednotlivými komponenty a celkový počet částice byl co nejmenší.
„Přes veškeré úsilí se ale zatím nepodařilo snížit otěr natolik, aby k osteolýze nedocházelo. Je to běh na hodně dlouhou trať. My se domníváme, že jednodušší a výhledově uskutečnitelnější je zamezit migraci těch mikročástic do prostoru mezi kostí a implantátem. Počítáme s tím, že otěrové částice budou v náhradách stále přítomny, a společně s kolegy z prestižní univerzity Katholieke Universiteit v belgické Lovani (KU Leuven) jsme se začali zabývat možností, jak obohatit implantát o filtr, který by tyto částice zachytával a průběžně uskladňoval. Vzhledem k velikosti částic se jeví jako výhodné využití netkané nanomembrány," říká Lukáš Čapek s tím, že do výzkumu jsou kromě belgických kolegů zapojeni lidé napříč libereckou univerzitou.
(Celý článek naleznete v příštím vydání Technického týdeníku.)