3544073293

BADANIA NAUKOWE

Wywiad z dr inż. Kingą Pielichowską na temat patentu pt. „Akrylanowy cement kostny"

AGH 2B: Skąd wziął się pomysł, aby zająć się tą tematyką?

Dr Pielichowską: Akrylanowe cementy kostne stosowane są w praktyce klinicznej od lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku, kiedy to zostały po raz pierwszy użyte przez Johna Charnleya podczas operacji wszczepienia endoprotezy stawu biodrowego. Użyty został wówczas układ na bazie polimeryzującego na zimno polifmetakrylanu metylu) (PMMA), którego sieciowanie (polimeryzacja) zachodziło in situ w miejscu zamocowania endoprotezy. Warstwa wprowadzonego cementu, oprócz stabilizacji mechanicznej protezy w kanale kostnym, pełni wówczas także rolę elastycznego „bufora" w przenoszeniu obciążeń pomiędzy sztywną, metaliczną endoprotezą a tkanką kostną. Niestety od momentu wprowadzenia akrylanowych cementów kostnych, ich skład niewiele się zmienił. Komercyjnie dostępne akrylanowe cementy kostne są układami dwuskładnikowymi złożonymi z płynu (zwykle monomer metakrylan metylu lub jego mieszanina z metakrylanem butylu oraz inhibitorem polimeryzacji) i proszku. Pomimo dobrych wyników klinicznych mocowania endoprotez za pomocą akrylanowych cementów kostnych nadal są uważane za najsłabsze ogniwo całego procesu implantacji endoprotez ze względu na ich niekorzystne pod względem biologicznym właściwości. Ponadto podczas polimeryzacji akrylanowych cementów kostnych następuje wydzielanie się dużej ilości ciepła, co powoduje wzrost temperatury w miejscu implantacji nawet do ok. 120°C. Warto nadmienić, że górną granicą trwałego zniszczenia termicznego tkanki kostnej jest temperatura ok. 48-60°C, a wielkość uszkodzenia zależy także od czasu oddziaływania termicznego na żywą tkankę. Konsekwencją tego zjawiska jest termiczna nekroza otaczających tkanek, co w dłuższej perspektywie prowadzi do resorpcji martwej tkanki i obluzowania zamocowanej endoprotezy. Niekorzystnym zjawiskiem jest również uwalnianie się do organizmu resztek nieprzereagowanego toksycznego monomeru.

Wszystkie dotychczasowe próby obniżenia temperatury wiązania prowadziły do znacznego pogorszenia właściwości mechanicznych. Wobec powyższego, jak również w związku z faktem, iż materiałami fazowo-zmiennymi zajmowałam się przez wiele lat, uznałam, iż można się temu problemowi przyjrzeć bliżej.

AGH 2B: Czego dotyczy Pani patent?

Dr Pielichowską: Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania cementu kostnego z wykorzystaniem akrylanu metylu, w którym w trakcie wiązania nie występuje szkodliwy dla żywego organizmu efekt cieplny. Cement ten charakteryzuje się korzystnymi właściwościami biologicznymi i mechanicznymi. Istota wynalazku polega na modyfikacji akrylanowego cementu kostnego materiałami fazowo-zmiennymi (PCM) w oparciu o poli(glikol etylenowy), które w trakcie wiązania cementu akumulują podczas przemiany fazowej wydzielaną nadmiarową energię cieplną reakcji, zapobiegając znacznemu wzrostowi temperatury podczas sieciowania cementu. Następuje wówczas znaczące obniżenie temperatury polimeryzacji - zastosowane przez nas materiały pozwoliły na obniżenie maksymalnej temperatury sieciowania z 70°C dla cementu niemodyfikowanego do 45°C dla cementu, do którego wprowadzony został materiał PCM.

AGH 2B: Na czym polega innowacyjność rozwiązania?

Dr Pielichowską: Innowacyjność rozwiązania polega na tym, iż udało nam się obniżyć temperaturę polimeryzacji do 45°C, przy czym nie spowodowało to pogorszenia właściwości mechanicznych cementu. Nie udało się to do tej pory nikomu. Różnica pomiędzy osiągniętą przez nas temperaturą a temperaturą ludzkiego ciała w przypadku infekcji, która może wynieść 42°C, jest niewielka, bo tylko trzy stopnie. Traktujemy to jako sukces.

Kolejną zaletą naszego rozwiązania jest brak skomplikowanej procedury przygotowania takiego modyfikowanego cementu kostnego. Teoretycznie tego typu przed-mieszkę można sporządzić nawet na sali operacyjnej poprzez zmieszanie proszku cementu z dodatkiem modyfikującym, również w postaci proszku, w odpowiednich proporcjach.

AGH 2B: Kto oprócz Pani pracował nad projektem?

Dr Pielichowską: Nad wynalazkiem pracowaliśmy wspólnie z panem Profesorem Stanisławem Błażewiczem, który posiada ogromne doświadczenie w obszarze biomateriałów i kompozytów.