Lidské tělo je plné fascinujících materiálů. Materiáloví inženýři se jimi rádi inspirují a největší inspirací jim bývají kosti. A to proto, že občas musí naopak zapojit svoje znalosti, aby chybějící část nějaké kosti tělu nahradili. Nejeden z vás má určitě zkušenost s ocelovými nebo titanovými implantáty, existují ale i další přístupy…
Co udělat, když je potřeba nahradit část kosti? Nejlepší by bylo implantovat do těla materiál, který se kosti co nejvíce podobá. Měl by mít podobné složení, podobnou pevnost a tuhost a umožnit kostním buňkám, aby jej postupně osídlily. Nejlépe tedy začít tím, že se podíváme, z čeho je tvořená původní kost.
Kosti tvoří dvě hlavní složky – minerální a organická. Minerální část se skládá převážně z minerálu hydroxyapatitu (varianta fosforečnanu vápenatého) a tvoří asi 60 % kosti. 30 % připadá na organickou složku, kterou je převážně kolagen. Zbylých 10 % tvoří voda.
Pro nahrazení kosti vyvinuli vědci kompozit složením podobný: v kolagenové hmotě (nazývané matrice) je rozptýleno spousta nanočásteček hydroxyapatitu a celý materiál zpevňují tenoučká polymerní vlákna kyseliny polymléčné (komunitě 3D tisku známé PLA). Kolagen získali izolací z rybích ploutví a kůží, zatímco zdrojem hydroxyapatitu byly telecí kosti.
Z takto připraveného materiálu poté vědci vyrobili implantát, který voperovali praseti, aby ho ozkoušeli. Ukázalo se, že takový implantát se nejen chová podobně jako kost, ale dokonce se v kost pomalu mění. Tělo ho totiž postupně kostí prorůstá, zatímco původní kompozit odbourává a rozkládá.
Jak vidíte, příroda nám dokáže být velkou inspirací. Napodobováním jejích komplexních struktur dokážeme vymýšlet spoustu chytrých věcí a občas i uzavřít kruh a nahradit důležité části lidského těla chytře a vstřícně.
Zdroje pro další bádání
- BALÍK, Karel a SUCHÝ, Tomáš. Biokompozitní náhrady kostní tkáně. Středisko společných činností AV ČR, 2015.
- BALÍK, Karel, SUCHÝ, Tomáš, ČIŽMÁROVÁ, Elena a ŠPATENKA, Petr. Research and development of bio-composites for the bone replacement during last 25 years. In: New Trends in Biomedical and Bio-based Materials. Tri-State Bionanotechnology, 2018.
