Používáme cookies. Z důvodu zkvalitňování potřebujeme vědět, o které články mají návštěvníci zájem.

Životnost kloubních náhrad by měla zvýšit nanotextilie. Na univerzitě v Belgii na tom pracuje náš absolvent Aleš Hrouda

IMG_4877 - kopie.JPG
Dovezl liberecké nanomateriály do Belgie (Aleš Hrouda).

Mikročástice plastu, které se postupně uvolňují z implantátů, mohou způsobit uvolnění kloubní náhrady. Aleš Hrouda pracuje na vývoji bariéry z nanotextilie, která by mikroplast zachytávala. Na realizaci svého nápadu získal grant na univerzitě v belgické Lovani, kam přešel na doktorát.

V čem je u kloubních implantátů problém a s jakým řešením jste přišel?

Kloubní implantáty se dělají z kovu, nejčastěji z titanové slitiny, či slitiny chrom-molybdenu. Druhá jejich část je z vysoce molekulárního polyetylenu. Tyto dvě složky se o sebe třou, přičemž se uvolňují drobné částečky plastu o velikosti do jednoho mikronu. Ty pak mohou v okolí kloubu způsobovat úbytek kostní tkáně – osteolýzu –, a tedy uvolňování kloubního implantátu. Pod vedením docenta Čapka z fakulty textilní navrhuji odfiltrování těchto částeček pomocí textilního pouzdra, ve kterém by byla část kloubní náhrady uzavřená. Protože se jedná o částečky velmi malé, bude nutné použít nanotextilii.

V jaké fázi projektu jste?

Nyní hledáme ideální nanomateriál pro takovou filtraci, už jsme s tím skoro u konce. Nebude to jedna vrstva, ale skladba vrstev, u které ladíme kromě filtračních schopností také mechanické vlastnosti a další parametry. S jeho výrobou mi pomáhá Radek Jirkovec z katedry netkaných textilií a nanovlákenných materiálů fakulty textilní a Jakub Hrůza z ústavu CxI navržený materiál proměřuje z hlediska filtrační účinnosti. Vypracoval jsem matematicko-fyzikální model filtrace částic optimální membrány pro umělý kyčelní kloub. Tento model nám pomáhá najít konkrétní materiálové a tvarové řešení.

Snažíme se přijít s řešením problému, který ještě není ve světě ani popsaný. To si můžeme dovolit proto, že je liberecká univerzita velmi daleko v oblasti vývoje nanomateriálů.

Co konkrétně zachycuje váš matematický model?

Na základě různých studií, výzkumů a rešerší víme, jak velké částice budou v prostředí kloubní náhrady proudit, kolik jich asi bude a jak budou velké. Vytvořil jsem tedy matematický model filtrace částic pomocí membrány, na kterém jsem simuloval proudění různých částic, mechanismus zachytávání částic v membráně a jejich trasování. Získali jsme data, která nám pomáhají navrhnout ideální skladbu materiálu. Výpočty jsou velmi náročné a trvají někdy dny, nebo dokonce týdny. Dělal jsem na tom částečně v Belgii a ještě rok na katedře technologií a struktur fakulty textilní. Ale jsme na dobré cestě. Dosavadní výsledky jsme s úspěchem publikovali v prestižním časopise z prvního kvartilu Separation and Purification Technology.

Jste doktorandem na belgické KU Leuven, kde jste na tento vývoj získal rovnou také grant, jak tam doktorské studium funguje?

Je to jiné než u nás. Komise tam vypíše granty a adepti doktorandského studia se hlásí se svými tématy do těchto grantů. Jsou to lidé nejen z té univerzity, ale z celého světa. Pro každý grant přijmou jednoho člověka a hlásilo se nás přes dvacet. Doktorand, který uspěje, je tak zároveň rovnou zaměstnán jako řešitel grantu. To je obrovská výhoda, protože plat vám bohatě vystačí na to, abyste se mohl věnovat jenom vědecké práci. Zároveň je to zodpovědnost, protože váš vedoucí očekává, že grant využijete k posunu tématu. Jsou proto pravidelné týdenní porady, kdy ostatním prezentujete svůj posun a své další kroky. Rozhodně to není „zašívárna“.

Jak to, že jste v rámci grantu pracoval rok opět na liberecké univerzitě?

Doktorát je v Belgii tak jako u nás na čtyři roky. Můj grant byl už předem specifikovaný tak, že tři roky strávím v Belgii a jeden rok budu na TUL. V Liberci jsem se věnoval experimentálním měřením a hledání a testování ideální nanomebrány pro kloubní náhradu, protože v oblasti „nano“ je Technická univerzita v Liberci jednička. Teď v říjnu jsem se vrátil do Lovaně dokončit doktorát a snad i svůj projekt.

Co jste si tam z Liberce přivezl a jak tam budete pokračovat?

Mám propracovaný statický matematický model proudění částic membránou a otestovaný konkrétní nanomateriál, který je podle tohoto modelu optimální. Nyní mám ještě více jak rok doktorátu na to, abych nanomateriál aplikoval na model kyčle. Budu tedy materiál tvarovat a je potřeba také pracovat na uchycení filtrační membrány ke kloubu. Na konci doktorátu bych chtěl mít hotový model umělé náhrady kyčelního kloubu zapouzdřený v nanomateriálu, který bude mít ty nejlepší předpoklady zabránit osteolýze.

Je to jediné řešení tohoto problému?

Osteolýza doprovází náhrady kyčelních kloubů od jejich zavedení v šedesátých letech minulého století. Je to problém, o kterém se ví, přesto přesný mechanismus, jak mikroplast v kloubu putuje, je stále málo probádaný. Současný trend kloubních náhrad spočívá ve vývoji nových materiálů nebo povrchových vrstev, které by snižovaly tření mezi jednotlivými komponenty. My předpokládáme, že otěrové částice budou v náhradách stále přítomné, a proto je nutné je zachytávat nějakou membránou. Proto je náš vývoj unikátní, protože se snažíme přijít s řešením problému, který ale ještě není ve světě vůbec popsaný. Jsme v tom napřed, což si můžeme dovolit právě proto, že je liberecká univerzita velmi daleko v oblasti vývoje nanomateriálů. Jiné řešení tohoto problému neznám, ale nejsem chirurg nebo lékař, řeším to čistě jako výpočtový inženýr, proto si vůbec nedovoluji odhadnout, kdy by mohla být naše filtrační membrána zavedena do praxe. Co vím, je, že by to pomohlo asi u 6–7 % případů náhrady kyčelního kloubu, které musí kvůli osteolýze na reoperaci. To je obrovské číslo, když uvážíme, že jen v Belgii udělají kolem 30 tisíc endoprotéz kyčelního kloubu ročně.

Radek Pirkl

Aleš Hrouda
(*1994, Liberec)
V roce 2019 absolvoval aplikovanou mechaniku na Fakultě strojní TUL a přešel na doktorské studium do Belgie na KU Leuven, kde řeší grant na využití nanotextilie u kloubních náhrad. Ve svém volném čase se věnuje cestování, fotografování a běhání.

 

KORONAVIRUS – OPATŘENÍ A NAŘÍZENÍ

Vedení školy aktualizuje opatření a nařízení v souvislosti s pandemií koronaviru. AKTUÁLNÍ INFORMACE

Další články v rubrice

Zůstaň v kontaktu s univerzitou

T-UNI Univerzitní časopis /
University Magazine

Nepřehlédněte
tipy redakce