Cellás szerkezetű implantátumok fejlesztése csontbenövés elősegítésére
A XXI. században már mindennapossá vált egy-egy ortopédiai műtét során a különböző ízületi implantátumok beültetése. Jellemzően ezek váll-, térd-, és csípőprotézisek. Akkor van szükség ilyen beavatkozásra, amikor az ízület bizonyos elváltozása fájdalmat okoz a betegnek, illetve csökken a mozgástartománya, tehát funkcionalitását tekintve beszűkül, gátolttá válik a rendszer. Az implantátumokat jellemzően biokompatibilis fém, kerámia, illetve polimer anyagokból készítik. [1] A protézisek rögzítése a csontban megoldható csavarral vagy cementtel, vagyis kétkomponensű polimetilmetakrilát használatával. A felületüket struktúrálják, hogy elősegítsék az osteointegrációt, vagyis a csontbenövést, erre sokféle technológia létezik. Az implantátum szárára fémszórással új réteget visznek fel, hidroxiapatit bevonatot alkalmaznak, vagy plazmaszórással alakítják ki a megfelelő struktúráltságot. Az eljárások még nem tökéletesek. A csontszövet és az implantátum között mikroelmozdulások léphetnek fel, amik dörzsölik a csontot, és idővel instabilitáshoz, később pedig revíziós műtéthez vezethet. [2]
A technológia fejlődése az ortopédiát se hagyta ki. A legújabb trendeket követve itt is a kutatások középpontjába kerülnek az additív gyártási eljárások, amik nemcsak a személyre szabott gyógyászatot lendítik előre, de a protézisek optimalizálhatóságát is, mechanikai, tribológiai és osteointegrációs szempontból. [2]
A protézisek tervezhetővé váltak különböző cellás struktúrájúra, amik DMLS (Direct Metal Laser Sintering) technológiával le is gyárthatók. A technológiánál por alapanyagból lézeres szintereléssel hozunk létre terméket. Implantátumoknál a legelterjedtebb alapanyag az ausztenites acél, kobalt-króm ötvözetek és különböző titán ötvözetek. Kutatásaim során a vizsgálataimat Ti6Al4V ötvözetből nyomtatott alkatrészeken végzem.
Munkám során - a legfőbb célom - olyan cellás szerkezetek kifejlesztése, ami elősegíti a csontbenövést, és megfelelő mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, hogy csökkentse a stress-shielding jelenséget, mindemellett pedig a páciensre optimalizált személyre szabott (tailor-made) konstrukció. A megfelelő szerkezet megtalálásához végeselemes szimulációkat készítek, illetve mechanikai vizsgálatokat végzek, továbbá egy szerkezeti tervezést is végrehajtok.
Irodalom:
[1] https://orthoinfo.aaos.org/en/treatment/total-hip-replacement/
[2] Kurtz S. M.: UHMWPE Biomaterials handbook. Elsevier, Oxford (2016)
szerző
-
Mertl Martin
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Szebényi Gábor
Egyetemi docens, Polimertechnika Tanszék -
Nemes-Károly István
PhD hallgató, Polimertechnika Tanszék -
Dr. Kocsis György
tanársegéd, Semmelweis Egyetem Ortopédiai Klinika (külső)
