Kutyákon tesztelik az új magyar csípőprotézist

A nanotechnológia egyik ígéretes orvosi alkalmazási területe lehet, amikor ízületi protézisek felületét nanoezüsttel vonják be, így csökkentve a beültetés után fellépő esetleges bakteriális fertőzések veszélyét.

Az ezüst jótékony, egészségmegőrző hatása évezredek óta ismert. Az ókori rómaiak nem véletlenül tárolták ezüstedényekben italaikat, s az amerikai telepesek is pontosan tudták, hogy a tej lassabban savanyodik meg, ha ezüst pénzérméket tesznek a kancsóba. Az ezüst ugyanis pusztítja a baktériumokat.

Ha a baktérium az ezüst felszínével találkozik, olyan kémiai reakciók indulnak be, amelyek folyamán roncsolódik a baktériumot védő sejtfal, és az ezüst felszínéről kilépő ezüstionok képesek bejutni a baktérium belsejébe. Az ionok a baktérium számára létfontosságú, az anyagcserét vezérlő enzimekhez kötődnek, amelyek így már nem képesek ellátni a feladatukat, és a baktérium elpusztul.

Minél kisebb szemcsékből épül fel az anyag, annál nagyobb a felülete a térfogatához képest. Minél nagyobb felületen érintkezik az ezüst a kórokozókkal, annál erőteljesebben érvényesül a baktériumölő hatás.

A Nanobact pályázat keretében végzett kutatásokban az ezüstionok antibakteriális hatását kívánták kihasználni. A fejlesztések célja az volt, hogy olyan nanoezüsttel bevont fémimplantátumokat készítsenek, amelyek hosszú idejű, szabályozott ezüstkioldódást és ezáltal antibakteriális hatást biztosítanak - mondja dr. Soós Miklós, a Nanobact konzorcium egyik vezetője.

Nanoezüst-bevonat készítése

A nanoszerkezetű anyagok kutatása az 1980-as években kezdődött, miután felismerték, hogy a 100 nanométernél (a nanométer a méter egymilliárdod része) kisebb szemcseméretű anyagok tulajdonságai eltérnek az azonos összetételű, de nagyobb szemcsékből álló anyagok tulajdonságaitól. Az eltérés általában a kedvezőbb használati tulajdonságokban (mechanikai, mágneses, korróziós stb.) jelentkezik.

Mint Lakatosné dr. Varsányi Magda, a Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közalapítvány Anyagtudományi és Technológiai Intézetének tudományos tanácsadója elmondta, a hazai kutatóintézetekben már tíz éve foglalkoznak nanoszerkezetű fémbevonatok készítésével, vizsgálatával és hasznosításával. Ezen tapasztalatokat hasznosítva vitték fel az ezüstbevonatokat különleges elektrokémiai eljárással a titán és kobalt-króm alapú implantátumok felületére. Az intézetben folyó kutatások kezdetétől kapcsolatot tartottak egy protéziseket, fogimplantátumokat gyártó céggel, ahol a vizsgálatokhoz szükséges mintadarabokat készítették.

Ezüsttel bevont TiAl6V4 (a) és CoCrMo (b) implantátum felszíne pásztázó elektronmikroszkóppal nézve

A kutatók kezdetben laboratóriumi vizsgálatokkal, in vitro körülmények között (tehát állatkísérletek nélkül) bizonyították, hogy a nanoszerkezetű ezüstréteg felületéről az ezüstionok oldódása spontán végbemenő folyamat Az ezüstbevonat antibakteriális tulajdonságának fenntartásához a folyamatos ezüstkioldódás szükséges, a túlzott mértékű kioldódás azonban toxikus lehet a szervezetre, tehát meg kellett találni az optimális kioldódási arányt. Ezért fizikai-kémiai módszerekkel hosszú ideig tartó kísérletekben követték nyomon az ezüstréteggel bevont minták oldódását. Ezt követték a minták antibakteriális tulajdonságainak vizsgálatai, amelyek során a különböző baktériumokkal szembeni hatékonyságukat bizonyították a szakemberek.

Összeférhetőségi vizsgálatok

Az ezüsttel módosított fémfelületek orvosbiológiai hasznosításához alapvető követelmény a minták megfelelő biokompatibilitása, azaz az élő szervezettel való összeférhetősége. Ezeket a vizsgálatokat Bodor Csaba végezte dr. Rosivall László irányításával a Semmelweis Egyetemen, míg a kisállat- (patkány-) kísérleteket dr. Perlaky Tamás és dr. Skaliczki Gábor végzi Szendrői Miklós professzor vezetésével a Semmelweis Egyetem Ortopédiai Klinikáján.

Jelen fázisban patkányokba ültetnek nanoezüst-szigetekkel bevont fémkorongokat, majd az ezüst ismert toxikus hatásainak előfordulását vizsgálják. A korongok anyaga és kiképzése megegyezik a humán felhasználásban szokásos csípőízületi és egyéb implantátumokéval. A kísérletek során az ezüstionok megjelenését, kumulációját (felhalmozódását) mérik különböző szervekben.

Kutyaprotézis még ezüstbevonat nélkül

A második fázisban nanoezüst-bevonatú csípőprotéziseket ültetnek majd kutyákba, így modellezve az implantátum élettartama során fellépő fizikai és kémiai hatásokat, amelyek egy ízület több millió ciklikus mozdulata (például járás) során jelentkeznek. Jelenleg még a kisállat-kísérletek utolsó szériái, illetve a nagyállat-modell engedélyeztetése és az implantátumok előkészítése zajlik.

Az ortopédiában komoly veszélyforrás az implantátumok körül kialakuló fertőzés, ami a protézis eltávolítását, a beteg tartós kórházi kezelését teheti szükségessé. A kísérletsorozat sikere esetén a fejlsztők szertint megvalósulhat a nanoezüst-bevonatú, így antibakteriális hatású nagyízületi implantátumok felhasználása az emberi gyógyászatban, ami csökkentheti a szövődmények előfordulásának gyakoriságát. A kísérletek végeredményére és az emberi alkalmazásra azonban még éveket kell várni.

Mi a nanotechnológia?

A "nano" görög eredetű szó, jelentése törpe. 1 nanométer = 10^-9 méter, azaz a nanométer a méter egymilliárdod része. A nanotechnológia olyan eljárásokkal dolgozik, melyeknek segítségével ilyen apró objektumokat lehet előállítani. A nanotechnológia legfontosabb vívmánya, hogy általa képesek vagyunk az anyagot lényegében atomonként, molekulánként összerakni, s ilyen módon különleges tulajdonságú anyagokat tudunk előállítani: megkarcolhatatlan autófestéket, szabályozható fényáteresztésű napszemüveget, antibakteriáis hatású csempefugát stb.

Egyesek attól tartanak, hogy a nanorészecskék különleges mérete és tulajdonságai olyan veszélyeket rejthetnek, amelyek nem következnek a kémiai szerkezetből, s amelyeket nem láthatunk előre. A környezeti és fiziológiai hatásokat vizsgáló kísérletek néhány éve indultak be. Úgy tűnik, hogy a háztartásokban használt nanotermékekből a részecskék - elsősorban a szennyvízzel - a környezetbe kerülnek. Jelenleg még nem ismert, hogy ezek milyen mértékben juthatnak be az emberi szervezetbe, de valószínű, hogy a nanorészecskék a légzés és étkezés során, valamint a bőrön felszívódva is a testünkbe kerülhetnek. "A nanotechnológia alig húsz éves tudomány, ipari alkalmazása csak az utóbbi években indult el. A tételes szabályozás a jövő zenéje" - mondta egy korábbi interjúban dr. Lakatosné Varsányi Magda. "Rengeteg tapasztalatot kell még gyűjtenünk, hogy részletesen lássuk a hatásokat."

Az antibakteriális tulajdonságú nanoezüst-bevonatot plazma immerziós módszerrel, pulzáló áramú elektrolízissel, szobahőmérsékletű, ezüsttartalmú oldatból választják a protézisekkel megegyező anyagú fémkorongokra, illetve magukra a protézisekre is.