Projekt obravnava enega največjih izzivov dostave zdravilnih učinkovin iz polimernih dostavnih sistemov na površini kovinskih vsadkov – slabe adhezije in stabilnosti, zaradi česar se med kirurškim posegom polimeri ločijo od površine vsadka. Cilj predlagane raziskave je razviti edinstveno kombinacijo terapevtskih učinkovin (osteoinduktivnih rastnih faktorjev, zaviralcev osteoklastov, antibiotikov in nesteroidnih protivnetnih zdravil, NPZ), simultano vgrajenih v biorazgradljiv polimerni nosilec (konjugatov P-TA), ki bodo omogočili nadzorovano sproščanje bolniku prilagojenih doz učinkovin. Konjugati P-TA bodo vgrajeni v porozne 3D-tiskane substrate titanove zlitine, s čemer se prepreči njihovo odstranjevanje med implantacijo. Izbor terapevtskih učinkovin bo izveden z naprednimi metodami optimizacije in kombiniran s 3D-tiskom kovinskega substrata (ta bo služil kot model ortopedskega vsadka), kar bo zagotovilo personalizirano rešitev, prilagojeno specifičnim potrebam posameznega bolnika.

Kovinski deli vsadkov se uporabljajo že desetletja in bodo na področju ortopedije v uporabi tudi v bližnji prihodnosti. Kljub dobrim lastnostim ti materiali niso brez napak. Znana pomanjkljivost kovinskih nosilcev kot nadomestkov (delov) kosti, je razlika med Young-ovim modulom kosti in kovine, ki povzroča tako imenovani učinek prevzemanja obremenitve. Slednje se zmanjša z uporabo poroznih kovinskih materialov s togostjo, ki je bolj podobna togosti naravne kosti. Postopek izdelave razpoložljivih poroznih kovinskih materialov ne omogoča izdelave personaliziranih vsadkov z nadzorovano poroznostjo. Kovinske sisteme za vsadke s prilagojeno poroznostjo (togostjo), ki temeljijo na anatomiji bolnika, je mogoče izdelati s 3D-tiskanjem, integriranim z računalniško podprto tehniko oblikovanja (angl. CAD).

Izbrani konjugati P-TA bodo zagotavljali zdravljenje hudih bolečin in vnetja (z uporabo NPZ) po ortopedski operaciji, z uporabo antibiotikov bodo preprečevali pojavnost okužb, povezanih z vsadki.

Osteoinduktivni rastni faktorji in zaviralci osteoklastov predstavljajo pooperativni podporni sistem za izboljšano fiksacijo vsadka in preprečevanje njegovega rahljanja, kar je eden najpogostejših vzrokov za ortopedske revizije, zlasti pri starejših bolnikih s slabo kakovostjo kosti. Prav preprečevanje revizijskih operacij je izjemnega pomena in predstavlja razlog za sistematičen razvoj novih vsadkov za personalizirano zdravljenje.

Biorazgradljivi polimeri se uporabljajo kot sredstva za nadzorovano dovajanje različnih učinkovin, s čimer se izognemo toksičnosti, povezani s sistemsko terapijo. Široke uporabnosti na področju ortopedije niso dosegli zaradi pomanjkanja mehanske integritete in sistematičnih študij, s katerimi bi lahko med razvojnim procesom ocenili morebitne interakcije med terapevtskimi sredstvi, materialom za vsadke in biološkim okoljem. Konjugati P‑TA , bodo zato vgrajeni v porozne 3D-tiskane substrate titanove zlitine z definirano površinsko morfologijo, s čimer bomo materialom zagotovili lastnosti, ki jih zahtevajo posegi kostnih defektov. Nastale kompozitne materiale za vsadke bomo sistematično preučevali z vrsto naprednih analiznih metod (npr. nano-CT, ToF-SIMS, GCIB-XPS, UHPLC-Orbitrap MS, TEM, itd.). Razvoj modificiranih materialov za ortopedske vsadke običajno poteka na osnovi preizkusov in napak. Po opredelitvi težave se predlagana rešitev preizkusi, iz napak se pridobijo informacije in celoten postopek se ponovi znova in znova. Ta pristop ni le zelo dolgotrajen in drag, ampak tudi neučinkovit. Glede na to, da na rezultat pri razvoju tako zapletenih materialov lahko vpliva veliko dejavnikov, bodo eksperimentalni parametri optimizirani z metodologijo odzivnih površin (MOP) in uporabo najnaprednejših tehnik karakterizacije. To bo omogočilo obratno manipulacijo, prepoznavanje pomembnih eksperimentalnih dejavnikov in njihovo optimizacijo za določitev najboljše možne kombinacije poroznosti materiala in sestave konjugata P-TA.