OrthoNail – inteligentny implant do wydłużania kości długich – jest jednym z eksponatów prezentowanych w Pawilonie Polski na Światowej Wystawie Expo w Osace. To wynalazek, nad którym pracują badacze z Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej, rozwijając go w ramach spółki Orthoget.

Światową wystawę Expo można zwiedzać do połowy października. Japończycy zorganizowali ją na sztucznej wyspie Yumeshima na ponad 150-hektarowym terenie podzielonym na: Świat Pawilonów, Świat Wody i Świat Zieleni. Zakładają, że w ciągu pół roku od otwarcia wystawę odwiedzi ponad 28 mln osób, w tym 3,5 mln zagranicznych gości.

W Osace prezentuje się 160 krajów. W Pawilonie Polski jedną ze stref wystawy stałej jest „Plantacja Idei”. Pokazujemy tam idee i przełomowe innowacje z sześciu branż dla nas strategicznych: rolno-spożywczej, medycznej i farmaceutycznej, kosmetycznej, zielonych technologii, gamingowej oraz IT/FinTech.

Wśród medycznych wynalazków, którymi chwalimy się przed całym światem, jest implant, nad jakim od kilku lat pracują badacze z Politechniki Wrocławskiej, z Wydziału Mechanicznego. Rozwijają go w ramach spółki Orthoget. Obecnie rozwiązanie przechodzi badania kliniczne.

Gdy kości kończyn są różnej długości

Chodzi o Orthonail – implant śródszpikowy do aktywnego wydłużania kości długich. To rozwiązanie, które pierwotnie powstało z myślą o osobach z asymetrią kończyn, czyli np. pacjentach, u których jedna z nóg jest krótsza o co najmniej 2 cm w stosunku do drugiej.

Z asymetrią można się urodzić, ale może być także wynikiem wypadku czy złamania (nawet kilkukrotne proste złamania tej samej kości mogą skutkować jej skróceniem).

Statystyki mówią, że tylko w naszym kraju 2 proc. populacji ma klinicznie znaczącą różnicę długości kończyn (AKD), a 1 na 1000 osób cierpi na poważną postać asymetrii kończyn.

Wiąże się to dla nich z poważnymi konsekwencjami – od zaburzeń równowagi, przez skrzywienie kręgosłupa i deformacje kręgów, po różnego rodzaju zmiany zwyrodnieniowe. Nie bez znaczenia są też kwestie psychologiczne, a zatem to, z jakim stresem wiąże się funkcjonowanie z krótszą kończyną.

Obecnie stosuje się już wiele technik wydłużania kończyn. Wśród refundowanych w naszym kraju jest np. metoda Ilizarowa (wdrożona w latach 50. XX wieku). Polega na wykorzystaniu zewnętrznego aparatu z obręczami połączonymi z prętami przechodzącymi przez tkanki i wydłużaną kość. To technika niedroga, ale zarazem bolesna i wiążąca się z unieruchomieniem pacjenta na około trzy miesiące.

Pacjentom wszczepia się także implanty pobudzane z zewnątrz sygnałem elektrycznym, które jednak również oznaczają konieczność poruszania się o kulach lub na wózku w czasie wydłużania implantu (i zrastania się kości).

Popularne są także implanty wykorzystujące obracający się magnes zewnętrzny, który pobudza magnes wewnątrz implantu do stopniowego wydłużania się – to jednak rozwiązanie dostępne głównie w prywatnych klinikach i sporo kosztujące.

– Dlatego zajęliśmy się wypracowaniem rozwiązania, które będzie lepiej odpowiadało na potrzeby pacjentów i będzie też zdecydowanie tańsze – opowiada dr hab. inż. Dominika Grygier, prof. uczelni. To badaczka specjalizująca się m.in. w materiałoznawstwie, biomateriałach i powłokach, pracująca na Wydziale Mechanicznym PWr i kierująca projektem realizowanym we współpracy z wrocławską spółką Orthoget.

Nad projektem implantu do wydłużania kości pracuje cały zespół złożony z badaczy z kilku katedr z Wydziału Mechanicznego. Tworzą go – oprócz prof. Grygier – dr hab. inż. Piotr Kowalewski, dr inż. Mariusz Opałka, dr inż. Jakub Słowiński i dr inż. Dariusz Pyka.

Implant i specjalna aplikacja

Implant Orthonail – czyli gwóźdź śródszpikowy skonstruowany ze stopów tytanu i materiałów pozbawionych ferrytu – działa w oparciu o hybrydowy mechanizm magneto-mechaniczny. W jego wnętrzu poza magnesem znajduje się także ściśnięta sprężyna, która podczas rozprężania uwalnia energię skumulowaną w konstrukcji implantu. Do pobudzania implantu do wydłużania się wykorzystywany jest wzbudnik, który – w przeciwieństwie do innych rozwiązań na rynku – nie wykorzystuje magnesów stałych, ale układ oparty o cewki tworzący pole magnetyczne i powodujący ruch magnesu w implancie. Implant jest w stanie wydłużyć kość do 8,5 cm.

Jak podkreśla prof. Grygier, Orthonail będzie nie tylko tańszy od innych podobnych rozwiązań dostępnych obecnie na rynku, ale przede wszystkim umożliwia przenoszenie obciążenia fizjologicznego do 80 proc. masy ciała na obie nogi pacjenta.

Co to oznacza? Że tuż po zabiegu wszczepienia osoby z implantem mogą poruszać się, korzystając z kul, a wiele z nich po kilku dniach nie musi już ich nawet używać – jak przekazują lekarze, których pacjenci są objęci programem badań klinicznych implantu. W tej chwili takie badania prowadzi klinika w Warszawie.

– Nasze badania wytrzymałościowe pokazały, że implanty Orthonail są w stanie wytrzymać obciążenie nawet około trzech ton, co daje nam duży bufor bezpieczeństwa, a pacjentom możliwość poruszania się. Oczywiście potwierdzamy to jeszcze w badaniach klinicznych, ale już teraz pierwsze wyniki świadczą o tym, że tak jest – podkreśla prof. Grygier.

Pacjenci w badaniach klinicznych mają też dostęp do specjalnej aplikacji, która pozwala im śledzić postępy w wydłużaniu implantu i korzystać z dostosowanych do ich potrzeb ćwiczeń rehabilitacyjnych. Jednocześnie lekarze opiekujący się pacjentami logują się do systemu zdalnego monitorowania postępów leczenia, co daje im wgląd w aktualny status rehabilitacji, zmiany w postępie wydłużania kości i pełnej dokumentacji historii pacjenta.

– Takie rozwiązanie nie tylko podnosi jakość opieki medycznej, ale i poprawia kwestie bezpieczeństwa – tłumaczy prof. Grygier. – Wszyscy bywamy niecierpliwi w procesie leczenia. Chcemy jak najszybciej osiągnąć efekty. U pacjenta może pojawić się pokusa, żeby wydłużać implant częściej albo o więcej niż powinien. A to oznaczałoby np. zerwanie tkanek i przerwanie regeneracji kości, czyli po prostu zaprzepaszczenie dotychczasowych postępów. Dlatego aplikacja i system pozwalają na bieżąco śledzić cały proces oraz prowadzić wydłużanie tylko w czasie wyznaczonych sesji, takich konkretnych okienek czasowych. Trochę jak blokada rodzicielska w telefonie. Wszystko dla dobra pacjenta.

Spółka Orthoget po zakończeniu badań klinicznych rozpocznie proces uzyskania certyfikatu CE dla swojego implantu, które pozwolą go wprowadzić na rynek. W planach ma także badania kliniczne w USA, a docelowo sprzedaż nie tylko w Europie, ale także w USA i krajach azjatyckich.

– Widzimy bardzo duże zainteresowanie naszym implantem także na rynku medycyny estetycznej – opowiada prof. Grygier. – To kwestia, która nas zaskoczyła, bo nie mieliśmy pojęcia, że jest tak duże zapotrzebowanie na rozwiązania dla osób, które nie czują się komfortowo ze swoim wzrostem, a nie chciałyby przechodzić bardzo inwazyjnych zabiegów, które unieruchomiłyby je na dłuższy czas.

Wszystko zaczęło się na PWr

Nad implantem naukowcy z PWr pracują od 2017 r. Prof. Grygier opowiada, że zainteresowanie bioinżynierią zaczęło się jednak u nich znacznie wcześniej, na studiach. 

– Zachęcił nas do tego prof. Romuald Będziński, specjalista od biomechaniki. To przy jego wsparciu założyliśmy Koło Naukowe Biomechaników, a ja nawet byłam jego pierwszą przewodniczącą – opowiada badaczka. – Najbardziej interesowała nas zawsze ortopedia. Po studiach każdy z nas poszedł jednak w swoją stronę. Zrobiliśmy doktoraty w różnych specjalnościach, znaleźliśmy zatrudnienie w różnych katedrach naszego wydziału, ale tematy związane z bioinżynierią zawsze żywo nas interesowały. I nagle po latach odezwał się do nas znajomy, który po wypadku na motocyklu doświadczył wieloodłamowego złamania kości udowej i w efekcie doszło u niego do skrócenia jednej z kości o około 3 cm. Zdecydował się wtedy na zabieg wydłużenia kości, by wrócić do normalnego funkcjonowania. Pod wpływem tego doświadczenia zaczął się interesować rynkiem tych usług i odezwał się do nas – w roli inwestora i z pytaniem, czy nie chcielibyśmy zająć się opracowaniem lepszych rozwiązań niż te, które wówczas były dostępne. 

Dla badaczy z PWr praca nad komercyjnym rozwiązaniem dla rynku medycznego to także okazja do rozwijania się naukowo. Opublikowali m.in. w czasopiśmie „Journal of Functional Biomaterials” omówienie kwestii mechanicznych wynikających z badań przedklinicznych implantu i właśnie kończą pracę nad innym artykułem naukowym, który zreferuje analizy związane z kwestiami biokompatybilności i biotolerancji. Na temat swoich badań i analiz prowadzonych w ramach prac nad implantem regularnie wygłaszają także referaty na konferencjach naukowych. 

– Na naszym wydziale powstało też już kilka prac dyplomowych, których autorzy współpracowali z nami i pomagali rozwijać konkretne tematy związane z implantem – opowiada prof. Grygier. – Dla studentów to duża wartość, gdy w ramach swoich prac magisterskich czy inżynierskich mogą zająć się kwestiami związanymi z aktualnie toczącymi się pracami badawczymi.

Więcej na temat implantu Orthonail na stronie internetowej spółki. We wrześniu nasi badacze będą opowiadać o swoim rozwiązaniu odwiedzającym targi Expo 2025, na miejscu, w Osace.

Lucyna Róg