Uniwersytet Śląski w Katowicach

Inżynieria materiałowa jest jednocześnie i jego pracą, i hobby. Z kolei jego siłą napędową jest możliwość poprawy komfortu życia i bezpieczeństwa pacjentów, dlatego od lat pracuje nad nowymi biomateriałami na bazie stopów tytanu, które mogą mieć zastosowanie jako implanty w medycynie spersonalizowanej. Dr hab. Grzegorz Dercz, prof. UŚ był kandydatem do Śląskiej Nagrody Naukowej 2024.

– Specjalizuję się w wytwarzaniu nowych biozgodnych, bezniklowych stopów tytanu metodą metalurgii proszków. Zajmuję się też badaniami nad modyfikacją powierzchni biomateriałów tytanowych. Głównym celem mojej pracy jest wytwarzanie – bezpiecznych i wytrzymałych – materiałów do potencjalnego zastosowania w implantach, również tych personalizowanych, stworzonych na potrzeby konkretnego pacjenta – mówi dr hab. Grzegorz Dercz, prof. UŚ, dyrektor Instytutu Inżynierii Materiałowej na Wydziale Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.

Być naukowcem? Nie planuję

– Chciałem być archeologiem, strażakiem. Ale naukowcem i to w naukach technicznych? Nie pomyślałbym o tym aż do połowy studiów, które zresztą też wybrałem trochę przypadkiem. Na trzecim semestrze trafiłem jednak na wykładowców-pasjonatów, którzy zarazili mnie swoją pasją do materiałoznawstwa. Dlatego też od razu podjąłem się studiów doktoranckich. Później otrzymałem habilitację i tak dalej ciągnę ten wózek, jakim jest nauka – opowiada Grzegorz Dercz.

Przez pewien czas pracował też równolegle w szkole, ucząc informatyki.

Naukowiec najpierw zajmował się metodyką badań, został także kierownikiem akredytowanego Laboratorium Dyfrakcji Rentgenowskiej.

Po skończeniu doktoratu studiował jeszcze podyplomowo informatykę oraz biomateriały dla medycyny. – Te ostatnie studia okazały się kamieniem milowym w mojej karierze. Poznałem wtedy fantastycznych ludzi, którzy pokazali mi, jak postawić pierwsze kroki w zakresie biomateriałów. Kończąc te studia, napisałem projekt na badania materiału, który wiązał się z syntezą metodą metalurgii proszków nowych stopów tytanu do zastosowań w medycynie – i go uzyskałem – wspomina Grzegorz Dercz.

Później dalej szedł w kierunku rozwoju biomateriałów dla medycyny, jednocześnie pnąc się po szczeblach kariery – uzyskując profesurę uczelni, następnie habilitację i obejmując funkcję dyrektora Instytutu Inżynierii Materiałowej.

Kierował projektami badawczymi, jest współautorem kilku patentów. Był także zaangażowany w ponad 50 prac zleconych z przemysłu. Jego innowacyjne rozwiązania zostały dostrzeżone i docenione medalami na kilkunastu światowych i europejskich wystawach wynalazków.

Cel: medycyna spersonalizowana

– Pracuję nad możliwościami otrzymywania nowych materiałów zbudowanych z kilku warstw różniących się składem oraz porowatością, a co za tym idzie – własnościami. Docelowo, takie materiały pozwalają na projektowanie implantów metalicznych o podwyższonej odporności na korozję i dostosowanych do osobistych potrzeb pacjenta (medycyna spersonalizowana) – mówi Grzegorz Dercz.

Obecnie realizuje projekt odnoszący się do bardzo ciekawej – jak mówi – grupy materiałów zbudowanych z mikrometrycznych cząstek typu „core-shell”, które mają być kompozytami (materiałem złożonym z dwóch lub więcej składowych, w tym zbrojenia i osnowy) albo materiałem gradientowym złożonym z cząstek o specyficznej strukturze. – Wyobraźmy sobie jajko w skorupce. Na zewnątrz jest twarda powłoka, a w środku delikatne białko i nieco twardsze żółtko. Cząstki „core-shell”, nad którymi pracuję, też są twarde na zewnątrz, a w środku miękkie. Zbudowany z nich materiał kompozytowy lub gradientowy może absorbować różnego rodzaju uderzenia czy obciążenia, dodatkowo na zewnątrz jest materiałem porowatym, dzięki czemu może być przyjazny dla wrastania komórek np. kości – wyjaśnia.

Aby taki materiał mógł być docelowo wykorzystany jako implant (np. stomatologiczny) musi też być biokompatybilny, czyli biozgodny z ludzką tkanką, a więc nie wywołujący działań niepożądanych w organizmie.

Grzegorz Dercz wraz z zespołem projektuje długoterminowe implanty kostne uwzględniając zarówno strukturę, skład chemiczny, własności mechaniczne i wiele innych istotnych wymagań stawianych materiałom do potencjalnych aplikacji medycznych.

– Takie nowatorskie podejście do projektu konstrukcji całego długoterminowego implantu poprzez wytworzenie go jako kompozyt czy porowaty funkcjonalny materiał gradientowy na bazie mikrometrycznych cząstek „core-shell” oraz stopów tytanu z pierwiastkami witalnymi, może przynieść znaczące korzyści dla pacjentów, bowiem dzięki temu istnieje szansa na skrócenie rekonwalescencji oraz zmniejszenie ilości odrzutów implantu i koniecznych reoperacji – podkreśla.

A potrzeby na implanty tylko rosną. – Ludzkość się starzeje. Z jednej strony cieszymy się dłuższym życiem, ale z drugiej, choroby wieku starczego zaczynają dominować. Coraz częściej diagnozuje się np. osteopatię czy złamania ze względu na osłabione kości. Dlatego bardzo potrzebujemy nowych rozwiązań medycznych, również tych z myślą o zastosowaniach indywidualnych, dopasowanych do profilu konkretnego pacjenta – tłumaczy naukowiec.

Zanim jednak taki materiał trafi do użytku, czeka go jeszcze kilkuletni proces badań klinicznych.

A skąd zainteresowanie bezniklowymi stopami tytanu? – Już podczas doktoratu okazało się,  że jestem uczulony na nikiel, dlatego wolałem przy nim nie pracować. Znalazłem więc swoją drogę i tak już zostało – opowiada.

Zamierzona przypadkowość

W inżynierii materiałowej Grzegorz Dercz docenia wieloaspektowe spojrzenie i  interdyscyplinarność. – To zbitek różnych dyscyplin: chemia, fizyka, informatyka, biologia, inżynieria. Jednak w mojej ocenie, nasza dyscyplina jest niedoceniana, a właściwie bez inżynierii materiałowej jako ludzkość byśmy się nie rozwijali. Wszystko, co nas otacza jest materiałem – a inżynieria materiałowa ukształtowała naszą teraźniejszość i pozwala kreować naszą przyszłość! To dzięki inżynierii materiałowej powstają innowacyjne materiały, które zmieniają sposób, w jaki żyjemy, pracujemy i się poruszamy. Materiały, z których budowane są np. komputery, samochody a także sprzęt medyczny i implanty, są opracowywane właśnie przez inżynierów materiałowych. Dzięki tej dziedzinie możliwe jest tworzenie coraz bardziej zaawansowanych i bezpiecznych produktów od opakowania na ciasteczka po samoloty naddźwiękowe i statki kosmiczne oraz dbanie o zrównoważony rozwój poprzez opracowanie lepszych sposobów korzystania z naturalnych materiałów i recyklingu – mówi badacz.

Grzegorz Dercz najbardziej lubi pracę w laboratorium; gdyby mógł, pracę przed komputerem ograniczyłby do niezbędnego minimum.

A w samej pracy badawczej najbardziej fascynuje go nieprzewidywalność i efekt w postaci możliwości poprawy bezpieczeństwa czy komfortu życia ludzi.

– Mój obecny projekt wziął się właśnie z przypadku. Kilka lat temu jednej z moich ówczesnych magistrantek nie wyszła pewna synteza. Wyniki pierwotnie trafiły do kosza, ale kiedy później im się na spokojnie przyjrzałem, wydały mi się ciekawe. Odtworzenie takich samych warunków eksperymentu zajęło mi ponad dwa lata, materiału zużyłem kilogramy. Ale w końcu uzyskałem to, co chciałem, a cząstki „core-shell” były na tyle interesujące, że stały się moją siłą napędową na kilka lat pracy i pozwoliły w 2024 r. roku pozyskać kolejny projekt naukowy finansowany przez NCN. Ta sytuacja pokazała, że choć większość naszych działań eksperymentalnych jest zaplanowana, to zawsze trzeba być otwartym na pewną dozę przypadkowości i podejmować nowe wyzwania – podkreśla Grzegorz Dercz.

Dodaje też, że praca jest jednocześnie jego hobby. – Mam ten przywilej, że nikt mnie do pracy nie zmusza. Dlatego podpowiadam każdemu, aby znalazł swoją ścieżkę i życzę, aby praca nadawała jego życiu sens – podsumowuje.

| Autorka: Agnieszka Kliks-Pudlik |