Ebben a projektben a természetben fellelhető anyagokból indultunk ki – meséli Balázsi Csaba. – Újdonságnak számított, hogy tojáshéjat és kagylóhéjat, vagyis melléktermékeket használtunk a kísérleteinkben, és ezeket alakítottuk át sajátos technológiánkkal nano-hidroxiapatittá. Az elnevezésben a „nano” részben a méretre (1 nanométer 10–9 méter), részben a nanotechnológiára, a nanotechnológiai módszerekre utal. Talán sokakat meglep, hogy az emberi csontok 60–70 százaléka nano-hidroxiapatit, amely 100–200 nanométeres szemcsék formájában van jelen. Tehát a természetes csont egyik alapanyagát szerettük volna mesterséges úton, de természetes anyagokból kiindulva előállítani. (A munkához korábbi OTKA-kutatásunkban is tapasztalatot szereztünk.)

Először csak laboratóriumi méretekben gondolkodtunk. Félretettük a reggelikből megmaradt tojáshéjat, és egy hét alatt összegyűlt fél kiló anyag, amiből elindíthattuk a kutatást… A technológiai eszközök már a rendelkezésünkre álltak, például az őrlésre szolgáló, nagy hatékonyságú attritor malom; a hőkezelő kemencék; a szinterelő berendezések; az elektromos fonás. Ez új nanotechnológiai eljárás, amellyel nanoszálakat – nanométer átmérőjű polimerszálakat – állítunk elő. Az elektromos fonás azért is fontos, mert többféle komponensből álló, csonthoz hasonlító kompozitokat akartunk készíteni, amelyek szilárdak, szívósak, ugyanakkor a csont biológiai funkcióját is betöltik. Ezért a kompozithoz biopolimert, sőt, biológiai úton lebontható polimert – cellulóz-acetátot – használtunk, és ehhez adagoltunk különböző mennyiségben nano-hidroxiapatitot.

Porózus és szálas, vattaszerű anyagokat kaptunk, amelyek nano-hidroxiapatit-szemcséket tartalmaztak. Ezek a szerves-szervetlen kompozitok hasonlítanak a csont porózus belső anyagára, a polimer szálak a kollagént modellezik. A 60–70 százalékos nano-hidroxiapatit-arányt nehéz elérni ebben a kompozitban, de mi megpróbáltuk.

Munkánk célja olyan anyag előállítása volt, amely alkalmazható bizonyos csontkárosodások korrigálására. A biológiai funkcionalitást amerikai együttműködésben teszteltük. Az amerikai Stony Brook Egyetem kutatóival egy NSF–OTKA–MTA együttműködés keretében vizsgáltuk a csontsejtek terjedését az általunk előállított anyagon. (Az NSF az amerikai tudománytámogató szervezet, a National Science Foundation rövidítése.) Azt találtuk, hogy a csontsejtek „szerettek” megtapadni, elterjedni, szaporodni azokon a kompozitokon, amelyeknek a felületén ott ültek a nano-hidroxiapatit-szemcsék vagy amelyekben a szemcsék beépültek a polimerszálakba. Azokon az összehasonlító anyagokon azonban, amelyek nem tartalmaztak nano-hidroxiapatitot, a csontsejtek gömbszerű morfológiát vettek fel, tehát „nem szívesen” terjedtek. Ezért úgy gondoljuk, a kompozit jól közelíti a csontszerű állapotot. Az pedig, hogy tojáshéjból indultunk ki (a kagylóhéj ugyanilyen jó), különösen megnövelte annak a lehetőségét, hogy csontpótlásra használják az anyagainkat.

Itt azonban nem álltunk meg, mert módosítani akartuk az anyagok szerkezetét, hogy többféle csont pótlására is alkalmasak legyenek. Ebben a munkában az isztambuli műegyetemmel is együttműködtünk. A náluk üzemelő plazma szinterelő berendezéssel mérsékelni tudtuk a szemcsék növekedését (ami kerámiák esetében gyakori probléma), és ezzel különleges tulajdonságokat adtunk a csontpótló anyagoknak. Ezúttal nemcsak egykomponensű szemcséket, hanem például hidroxiapatit–cirkónium-dioxid kompozitokat is előállítottunk. Ezeket ugyancsak biokompatibilitási vizsgálatnak vetettük alá. Kiállták a próbát, de a szilárdságuk és a szívósságuk – tehát mechanikai tulajdonságaik – is feljogosítanak arra, hogy különböző implantátumok anyagaként javasoljuk őket.

Koreában, Szöultól kb. 200 kilométerre, az észak-koreai határ mentén található a Gangneung-Wonju Egyetem. Nagyon sokat köszönhetünk az ottani orvosoknak, akik kipróbálták az anyagunkat. Előbb csonthiányt hoztak létre nyúlkoponyában, aztán beültették a bioaktív kerámiánkat, amellyel hat-nyolc hét alatt 90–98%-ban visszaépült a csont! A tojáshéjból kinyert nano-hidroxiapatit tehát alkalmasnak bizonyult csontképzésre a nyúlkísérletek esetében, és jobb biokompatibilitási tulajdonságokat mutatott, mint a kereskedelemben fellelhető anyagok. A koreai csoport a humán kísérletig is eljutott. Egy beteg állkapocscsontjából el kellett távolítani egy részt. Ezután titánimplantátumot ültetettek be, de két hónap múlva, sajnos, azt tapasztalták, hogy nem forrt össze teljesen a csont, és az implantátum is elmozdult. A beteg hozzájárult, hogy a következő operáció során a magyar tojáshéjból készült implantátumot használják fel. Két hónap után az állkapocscsont teljesen összeforrott, a beteg meggyógyult.

Állatkísérlet. Balra: 8 mm-es lyuk kialakítása koponyacsontban. Középen és jobbra: a beültetett (kétféle) hidroxiapatitot benövik a csontsejtek

Az anyagunk egyik előnye a gyors konverzió, ami alkalmassá teszi új csont képzésére. Ez elsősorban a tojáshéj összetételében található fontos nyomelemeknek (például stronciumnak, magnéziumnak) köszönhető, de ugyanilyen fontos a tojáshéjból előállított nano-hidroxiapatit szerkezete és morfológiája is. Több kutatócsoport dolgozik azon, hogy a kompozitokba utólag, szintetikus módon bevigye a nyomelemeket, de erre nekünk nincs szükségünk –ez is az általunk kifejlesztett anyag előnyei közé tartozik.

Amint említettem, amerikai, török és koreai kollégákkal működtünk együtt. Ezután svájci és német kutatók is fölfigyeltek az eredményeinkre, és meghívtak bennünket egy FP7-es projektbe. Ezen most is dolgozunk: különböző titánimplantátumokat vonunk be az anyagunkkal.

A legjobban azért annak örülnénk, ha a magyar tojáshéjból magyar közfinanszírozással kifejlesztett anyagunkat itthon is hasznosítanák.

2016. október