Brzmi jak materiał z placu budowy, ale jego przeznaczenie jest zupełnie inne. Naukowcy z Gdańska pracują nad specjalnym cementem kostnym, który przed stwardnieniem ma postać plastycznej pasty. Dzięki temu można umieścić go bezpośrednio w miejscu uszkodzenia kości.
Cement kostny z Gdańska może dopasować się do ubytku
MG² MULTISET Bone Cement to najnowsze rozwiązanie rozwijane przez zespół Politechniki Gdańskiej pod kierunkiem dr. inż. Marcina Wekwejta z Zakładu Technologii Biomateriałów Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Okrętownictwa. Najprościej mówiąc, materiał przed stwardnieniem przypomina gęstą pastę. Można ją podać bezpośrednio do miejsca, w którym brakuje fragmentu kości. Dopiero później materiał twardnieje i wypełnia ubytek. To może być szczególnie przydatne przy uszkodzeniach o nieregularnym kształcie. Zamiast przygotowywać wcześniej element dokładnie pasujący do ubytku, można umieścić w nim materiał, który początkowo jest plastyczny.
Warto jednak zaznaczyć, że nie jest to obecnie gotowa metoda leczenia. MG² MULTISET Bone Cement jest rozwiązaniem rozwijanym podczas badań nad nowymi materiałami medycznymi. Naukowcy sprawdzają jego właściwości i możliwości dalszego zastosowania.
Co znajduje się w nowym cemencie kostnym?
Za prostą nazwą kryje się dość skomplikowana mieszanka. Naukowcy z Politechniki Gdańskiej połączyli między innymi specjalną ceramikę stosowaną w materiałach kostnych z naturalnym żelem. Takie połączenie ma pozwolić uzyskać materiał, który można odpowiednio przygotować, podać w wybrane miejsce, a następnie utwardzić. Badacze pracują również nad jego wytrzymałością oraz zachowaniem w kontakcie z organizmem.
Najnowsza wersja materiału składa się z kilku elementów. Wykorzystano w niej między innymi cement fosforanowo magnezowy, gumę guar, boraks, węglan wapnia oraz sorbitol.
Każdy z tych składników ma inne zadanie. Jedne wpływają na to, jak łatwo materiał można podać, inne na sposób jego twardnienia, a jeszcze inne na strukturę, która powstaje po utwardzeniu.
– Każdy ze składników pełni inną rolę, a ich współdziałanie pozwala sterować procesem wiązania, konsystencją i końcowymi właściwościami cementu. Nie jest to więc prosty układ typu „ceramika plus polimer”. Podczas utwardzania równolegle rozwija się mineralna struktura cementu oraz sieć polimerowa hydrożelu. Boraks uczestniczy w sieciowaniu gumy guar i jednocześnie wpływa na przebieg reakcji cementu, sorbitol modyfikuje właściwości pasty, natomiast układ zawierający węglan wapnia wpływa na rozwój faz mineralnych. Dzięki temu zachowaniem materiału można sterować na kilku poziomach: od przygotowania i aplikacji pasty, przez proces jej utwardzania, aż po strukturę związanego cementu – tłumaczy dr inż. Marcin Wekwejt.
Nie chodzi tylko o wypełnienie uszkodzonej kości
Przy opracowywaniu takiego materiału naukowcy muszą sprawdzić znacznie więcej niż tylko to, czy po pewnym czasie stwardnieje. Materiał powinien być łatwy do przygotowania i podania. Po umieszczeniu w miejscu ubytku nie powinien rozpadać się pod wpływem płynów. Ważne jest również to, jak szybko twardnieje i jak zachowuje się później w organizmie.
– Materiał powinien być łatwy do przygotowania i podania, zachowywać spójność po kontakcie z płynami oraz utwardzać się w odpowiednim czasie. Równocześnie musi dobrze funkcjonować w złożonym środowisku biologicznym. Dlatego przy opracowywaniu MG² MULTISET Bone Cement analizowaliśmy nie pojedynczą cechę materiału, lecz zależności pomiędzy jego składem, zachowaniem podczas aplikacji i wiązania, strukturą, degradacją oraz odpowiedzią biologiczną – mówi dr inż. Marcin Wekwejt.
Właśnie dlatego stworzenie takiego materiału nie sprowadza się do znalezienia odpowiednich składników i ich wymieszania. Każda zmiana receptury może zmienić kilka jego właściwości jednocześnie.
– Największym wyzwaniem przy projektowaniu takich materiałów jest to, że poszczególnych właściwości nie można traktować niezależnie. Zmieniając jeden element składu, możemy jednocześnie wpłynąć na konsystencję, przebieg wiązania czy strukturę cementu. Dlatego zależy nam przede wszystkim na zrozumieniu tych zależności i coraz bardziej świadomym projektowaniu całego układu – podkreśla dr inż. Wekwejt.
W praktyce oznacza to, że naukowcy chcą wiedzieć nie tylko co dodać do materiału, ale przede wszystkim co zmieni się po dodaniu konkretnego składnika.
Wynalazek z Gdańska zdobył trzy nagrody w Kanadzie
MG² MULTISET Bone Cement został zgłoszony do 11. edycji International Invention Innovation Competition in Canada, czyli iCAN2026. W tegorocznej edycji konkursu uczestniczyli przedstawiciele 55 krajów i regionów świata. Prezentowano rozwiązania dotyczące między innymi inżynierii, nowych materiałów, medycyny i technologii związanych ze zdrowiem.
Rozwiązanie opracowane na Politechnice Gdańskiej zdobyło srebrny medal iCAN2026. Otrzymało także dwie nagrody specjalne: Macao Innovation and Invention Association Special Award oraz Korea Invention Academy Special Award.
– Takie wyróżnienia są dla nas potwierdzeniem, że rozwijany kierunek badań jest interesujący również poza naszym bezpośrednim środowiskiem naukowym. Szczególnie cieszy mnie, że jest to rezultat współpracy interdyscyplinarnej i zaangażowania studentów w rzeczywiste prace badawcze i wynalazcze – podkreśla dr inż. Marcin Wekwejt.
Nad cementem kostnym pracowali naukowcy i studenci
Wynalazek jest efektem współpracy kilku osób związanych z różnymi uczelniami. Wśród współtwórców znaleźli się inż. Anna Melnyk z Koła Naukowego PG „Materiały w Medycynie”, dr hab. n. chem. Justyna Kozłowska, prof. UMK z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu oraz dr hab. n. med. Anna Ronowska z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego.
W projekcie aktywnie uczestniczyła również inż. Anna Melnyk. Zajmowała się między innymi przygotowywaniem kolejnych wersji materiału, prowadzeniem eksperymentów i analizą wyników. Brała także udział w rozwijaniu kolejnych pomysłów dotyczących nowych biomateriałów. Studentka uczestniczyła również w sesjach mentorsko naukowych, szkoleniach i warsztatach, podczas których zdobywała doświadczenie potrzebne w pracy laboratoryjnej i badawczej.
Badania są częścią projektu PLUTONIUM, prowadzonego przez dr. inż. Marcina Wekwejta w ramach IDUB Politechniki Gdańskiej. Równolegle realizowany był projekt „Wsparcie studentów w zakresie podniesienia ich kompetencji i umiejętności”, finansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach Funduszy Europejskich dla Rozwoju Społecznego. Dzięki niemu studenci mogli uczestniczyć w badaniach nad nowymi biomateriałami oraz rozwijać swoje umiejętności.
To nie pierwszy nagrodzony cement kostny z Politechniki Gdańskiej
MG² MULTISET Bone Cement jest kolejnym rozwiązaniem rozwijanym przez zespół z Gdańska. W 2025 roku podczas iCAN2025 nagrodzono dwa inne materiały: DuoSet SaMgCem oraz MgCarraGelCem. Pierwszy zdobył złoty medal, drugi srebrny. Oba rozwiązania otrzymały również dodatkowe nagrody specjalne. Najnowszy materiał jest kolejnym etapem tych badań. Tym razem naukowcy wykorzystali więcej składników i sprawdzają, jak ich połączenie wpływa na sposób twardnienia oraz właściwości cementu.
Na Politechnice Gdańskiej powstaje w ten sposób cała grupa podobnych materiałów. Badacze sprawdzają, jak różne dodatki wpływają na ich konsystencję, możliwość podawania, twardnienie, stopniowe rozkładanie się materiału oraz reakcję organizmu.
– W kolejnych projektach sprawdzamy, w jaki sposób różne hydrożele i dodatki wpływają na przebieg wiązania cementu, jego konsystencję, spójność, wstrzykiwalność, degradację i odpowiedź biologiczną. Celem nie jest więc stworzenie jednej „idealnej” receptury, ale zrozumienie zależności między składem a właściwościami materiału i wykorzystanie tej wiedzy do projektowania kolejnych wariantów cementów – zapowiada dr inż. Marcin Wekwejt.
Naukowcy z Gdańska pracują nad kolejnymi materiałami
Badania nad MG² MULTISET Bone Cement będą kontynuowane. Naukowcy chcą dalej poprawiać skład materiału, dokładniej sprawdzać proces jego twardnienia oraz badać jego zachowanie w bardziej wymagających warunkach laboratoryjnych. Kolejnym etapem będzie między innymi sprawdzanie materiałów w bardziej wymagających modelach biologicznych. Ma to dostarczyć kolejnych informacji o ich właściwościach i możliwych zastosowaniach.
Na tym etapie cement kostny z Politechniki Gdańskiej pozostaje rozwiązaniem badawczym. Zdobycie nagród w Kanadzie nie oznacza więc, że materiał jest już stosowaną powszechnie metodą leczenia. Naukowcy chcą przede wszystkim coraz lepiej rozumieć, jak poszczególne składniki wpływają na zachowanie materiału. Ta wiedza ma pomóc w tworzeniu następnych wersji cementów kostnych i dalszym rozwijaniu technologii.
Komentarze (0)