Biodegradowalne implanty zębów wyprodukowane przy użyciu technologii druku 3D mogą brzmieć jak wizja z dalekiej przyszłości. Jednak dla zespołu badawczego z Politechniki Wrocławskiej, ta futurystyczna koncepcja staje się rzeczywistością. Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej, we współpracy z Narodowym Uniwersytetem w Tajwanie, opracowali innowacyjne implanty zębowe z magnezowo-ceramicznych materiałów, wykorzystując zaawansowane techniki druku trójwymiarowego. Te nowatorskie implanty będą nie tylko bardziej ekonomiczne w produkcji, ale również w pełni spersonalizowane, co znacząco zwiększy dostępność i jakość implantów tworzonych na indywidualne zamówienie. Czy nasi naukowcy przyłożą swoją cegiełkę do przełomu w stomatologii?
Na czym polega druk 3D?
Zacznijmy od początku, dla wszystkich, którzy być może nie mieli jeszcze do czynienia z drukiem 3D. Drukarka 3D działa na zasadzie addytywnej produkcji, co oznacza, że tworzy obiekty poprzez nakładanie kolejnych warstw materiału. Proces ten jest kontrolowany przez komputer i bazuje na cyfrowym modelu 3D. Pierwszym krokiem jest przygotowanie modelu 3D, który tworzony jest w programie CAD (Computer-Aided Design) lub pobierany z internetu. Następnie model przekształcany jest na format zrozumiały dla drukarki 3D, najczęściej STL (Stereolithography), po czym dzielony jest na warstwy w procesie zwanym slicingiem.
Slicing polega na podziale modelu 3D na setki lub tysiące cienkich warstw za pomocą specjalnego oprogramowania zwanego slicerem. Slicer generuje kod G, który zawiera instrukcje dla drukarki 3D dotyczące ruchu głowicy drukującej, temperatury, prędkości drukowania i innych parametrów. Kolejnym krokiem jest przygotowanie drukarki, co obejmuje umieszczenie materiału do druku, najczęściej filamentu z tworzywa sztucznego (np. PLA, ABS), żywicy lub proszku, oraz nagrzewanie głowicy drukującej do odpowiedniej temperatury, aby materiał mógł być podawany do ekstrudera.
Podczas procesu drukowania głowica drukująca porusza się zgodnie z instrukcjami z kodu G, nakładając materiał warstwa po warstwie na platformę drukującą. Każda warstwa materiału twardnieje lub jest utwardzana za pomocą światła UV (w przypadku drukarek SLA), zanim zostanie nałożona kolejna warstwa. Po zakończeniu drukowania, obiekt jest pozostawiany do całkowitego ostygnięcia i utwardzenia. W zależności od użytego materiału, obiekt może wymagać dodatkowych kroków wykończeniowych, takich jak usunięcie podpór, szlifowanie, malowanie czy utwardzanie światłem UV.
Istnieje kilka typów drukarek 3D, z których najpopularniejszym jest FDM (Fused Deposition Modeling). W tej metodzie filament jest topiony i nakładany warstwa po warstwie. Inne typy to SLA (Stereolithography), która używa światła UV do utwardzania warstw ciekłej żywicy, SLS (Selective Laser Sintering), gdzie laser spieka proszkowe materiały w solidną strukturę, oraz DLP (Digital Light Processing), podobna do SLA, ale używająca projektora światła cyfrowego zamiast lasera. Drukarki 3D znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, od prototypowania i produkcji części mechanicznych, przez medycynę, aż po tworzenie przedmiotów codziennego użytku i sztuki.
Polskie implanty zębów z drukarki 3D
Wrocławscy badacze zaprezentowali innowacyjny pomysł na biodegradowalne implanty zębowe wyprodukowane przy użyciu drukarki 3D. Próba produkcji implantu zęba w drukarce 3D nie jest niczym nowym. Urządzenie to wykorzystuje się właśnie w celu produkcji modeli i prototypów. Problemem była jednak niska funkcjonalność takiego implantu zęba, z uwagi na fakt, że nie wiązałby się z kością.
Kluczowym elementem tego przełomowego rozwiązania jest zastosowanie magnezu jako składnika implantów. Dzięki temu materiałowi, implant z czasem będzie mógł naturalnie wrosnąć w tkankę kostną pacjenta, eliminując potrzebę późniejszej wymiany czy usuwania. Ta nowatorska technologia zakłada, że już na etapie produkcji implantów, jego wierzchnia warstwa będzie pokryta warstwą biodegradowalną, która z czasem ulegnie rozkładowi, integrując się z naturalnymi strukturami zęba.
Magnez a kość szczęki i żuchwy?
Magnez jest jednym z kluczowych minerałów wpływających na zdrowie tkanki kostnej. Posiada on kilka istotnych właściwości:
- Wzmacnianie kości – magnez odgrywa ważną rolę w mineralizacji kości, ponieważ jest składnikiem hydroksyapatytu, głównego minerału kości. Wpływa na twardość i wytrzymałość kości.
- Regulacja wapnia – magnez jest niezbędny do prawidłowego metabolizmu wapnia. Pomaga w transporcie wapnia przez błony komórkowe i jest niezbędny do prawidłowego funkcjonowania przytarczyc, które regulują poziom wapnia we krwi.
- Wpływ na osteoklasty i osteoblasty – magnez wpływa na aktywność komórek kościotwórczych (osteoblastów) i komórek kościogubnych (osteoklastów). Jego niedobór może prowadzić do zwiększonej aktywności osteoklastów, co przyczynia się do resorpcji kości i osłabienia tkanki kostnej.
- Rola w syntezie białek – magnez jest niezbędny do syntezy białek, w tym kolagenu, który stanowi istotny element macierzy organicznej kości.
- Przeciwzapalne właściwości – magnez ma działanie przeciwzapalne, co może przyczynić się do ochrony kości przed procesami zapalnymi, które mogą prowadzić do ich degradacji.
Aby utrzymać zdrowie tkanki kostnej, ważne jest dostarczanie organizmowi odpowiedniej ilości magnezu poprzez dietę lub suplementację, zwłaszcza w przypadkach, gdy istnieje ryzyko jego niedoboru. Nic zatem dziwnego, że jego właściwości zostały też wykorzystane by wyzwolić i przyspieszyć proces łączenia implantu zęba, wydrukowanego na drukarce 3D, z kością.
Kiedy będziemy drukować implanty zębów pacjentom?
Obecnie prowadzone są wszechstronne badania nad tą technologią, obejmujące kilka kluczowych etapów. Zaczyna się od precyzyjnego projektowania trójwymiarowego, przez produkcję implantu, aż po szczegółowe testy wytrzymałościowe. Projekt ten, znany jako CERMET, jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w Polsce oraz MOST na Tajwanie, co podkreśla jego międzynarodowy i interdyscyplinarny charakter.
Badania nad biodegradowalnymi implantami zębowymi mogą znacząco przyczynić się do rozwoju stomatologii. Innowacyjność tego rozwiązania leży w jego zdolności do naturalnej integracji z tkankami pacjenta, co może przynieść korzyści nie tylko w zakresie zdrowia i wygody pacjentów, ale także zminimalizować ryzyko komplikacji związanych z tradycyjnymi implantami. Praca wrocławskich studentów i naukowców ma potencjał, by zrewolucjonizować podejście do stomatologii i wprowadzić nowe standardy w dziedzinie implantologii zębowej.
Polacy pionierami drukowanych implantów
Polscy naukowcy od lat interesują się możliwościami wykorzystania druku 3D w branży medycznej, dostrzegając jego ogromny potencjał w tworzeniu spersonalizowanych rozwiązań dla pacjentów. Pomorski Uniwersytet Medyczny, podążając za najnowszymi trendami w technologii medycznej, zakupił w 2023 roku specjalistyczną drukarkę 3D. Zakup ten był możliwy dzięki współpracy z Zachodniopomorskim Uniwersytetem Technologicznym i pozwolił na wdrożenie nowoczesnych metod druku 3D, które mogą znacząco zrewolucjonizować procesy w ortopedii, chirurgii szczękowo-twarzowej oraz stomatologii.
Nowe urządzenie drukuje elementy z polimerów, oferując alternatywę dla tradycyjnych części tytanowych, które zastępują ludzkie kości. Wydrukowane fragmenty znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach medycyny, umożliwiając całkowitą personalizację implantów. Polimerowe implanty są szczególnie cenne dla pacjentów z nietypowymi układami kostnymi czy specyficznymi ubytkami, gdzie standardowe rozwiązania nie są wystarczające.
Technologie druku 3D, zarówno z metali, jak i z polimerów, oferują niespotykane wcześniej możliwości dostosowania implantów do indywidualnych potrzeb pacjenta. To przyszłość medycyny, która już dziś staje się rzeczywistością dzięki zaangażowaniu polskich naukowców i nowoczesnemu wyposażeniu polskich uczelni. Dzięki tym innowacjom, medycyna może oferować bardziej precyzyjne, efektywne i spersonalizowane leczenie, podnosząc jakość życia pacjentów na niespotykaną dotąd skalę.
Kontakt do specjalisty
Stomatolog
Absolwent najlepszych uczelni stomatologicznych w europie: w Berlinie na Charité Universitätsmedizin i w Wiedniu na Medizinische Universität Wien. Codziennie bazuje na doświadczeniu, które zebrał na najlepszych ośrodkach badawczych. Stosuje najnowocześniejszą technologię do diagnostyki i planowania leczenia. Nowoczesna tomografia komputerowa, skanery 3d i cyfrowe planowanie sprawiają, że leczenie jest przewidywalne i precyzyjne. Obsługa w języku polskim, angielski
i niemieckim.