Avhandlingar och publikationer

Filling bone defects: Antibacterial titanium implants and 3D-printed bone

Publicerad 23 februari 2026

Michael Kontakis

Sammanfattning

Avhandlingen utvärderar moderna tekniker inom ortopedisk grundforskning, särskilt ytbeläggning av protesimplantat med silver samt 3D-printning av benersättande implantat, för att adressera två av de största ortopediska utmaningarna: protesrelaterade ledinfektioner respektive bendefekter. Infektioner och ben-förluster kan också förekomma samtidigt.

De första två studierna undersöker silver som antibakteriellt medel och dess effekter på humana celler, med målet att använda det som en ytbeläggning på protesimplantat av titan. Ett sätt att skydda implantatet mot infektion är att täcka det med silver. I protesortopedin används ofta så kallade press-fit-implantat, som delvis är i kon-takt med benet i märghålan. Silverbelagda höftproteser bör inte vara täckta i den del som är i direkt kontakt med benet för att undvika silvermetallens toxicitet för benceller, vilket kan leda till lossning.

I den första studien jämfördes två typer av silverbelagda titanimplantat, ett som är kliniskt använt och ett experimentellt implantat med lägre silverhalt. Syftet var att utforska dess effekter på bakterier och humana benbildande osteoblaster. Det kliniska implantatet hade större silverhalt på ytan med en jämn frisättning, medan det experimentella implantatet hade silver i form av sköra ytaggregat som upphörde att frisätta silver efter några dagar. Humana osteoblaster odlade på dessa två implantat visade att den lägre halten silver i det experimentella implantatets yta behöll den antibakteriella effekten samtidigt som negativa effekter på osteoblasterna minimerades.

Den andra studiens syfte var att utforska om lägre, lättflyktiga silverhalter av silverjoner kan ge en optimal tröskelmängd där cellbiologin inte påverkas samt om lika silverkoncentrationer påverkar mänskliga osteoblaster och mesenkymala stamceller. Genom PCR (Polymerase Chain Reaction), enzymanalyser, mikroskopi och mineraliseringsfärgning upptäcktes att även små mängder silver hämmade mineralise-ringen av osteoblaster. Silverjonhalter högre än 0,5 ppm ledde till signifikant minskning av mineralisering hos humana osteoblaster och visade även en liknande trend för humana mesenkymala stamceller. Däremot påverkade inte silverjoner cellernas osteogena differentiering nämnvärt. Mikroskopisk analys visade dock att silverbehandlade celler hade ett avvikande tillväxtmönster med lägre celldensitet jämfört med kontrol-ler. Dessa resultat tyder på att silverbelagda implantat bör användas med försiktighet i kliniska sammanhang.

De sista två studierna utforskar metoder för regenerering av bendefekter och i den tredje studien användes en modern 3D-printningsteknik (FRESH) för att skriva ut kollagenstrukturer med en geometri som liknar poröst trabekulärt ben. Vi har skapat 3D-datormodeller av cylindrar med en solid hård periferi och en porös kärna. Dessa strukturer 3D-printades i kollagen och jämfördes med 3D-printade strukturer som var skapade genom stereolitografisk 3D-printning (SLA) med materialet PEGDA. Mekaniska och reologiska tester utfördes för att undersöka elasticitet och styvhet, och elektronmikroskopi användes för att kartlägga ytegenskaper. Cellodlingar visade att 3D-printade kollagenstrukturer var lika lämpliga, om inte bättre bärare för osteogena benbildande celler som PEGDA-strukturer eftersom PEGDA är ett inert syntetiskt material.

I den sista studien utvecklades en 3D-printad konstgjord benvävnad be-stående av kollagen och hydroxiapatit.

Kollagenet modifierades genom tvärbindning, och materialet analyserades mekaniskt och reologiskt både i gel och fast form. Fördelningen av hydroxiapatit studerades med elektronmikroskopi, och humana osteoblaster odlades på de 3D-printade strukturerna över korta och långa tidsperioder. Osteoblasterna växte och differentierades väl, vilket indikerade att det nya materialet skulle kunna fungera som underlag för benvävnadsre-generering i klinisk användning.

Sammanfattningsvis belyser denna avhandling moderna tekniker inom ortopedisk grundforskning, särskilt ytbeläggning och 3D-printning, för att adressera två av de största ortopediska utmaningarna: infektioner och bende-fekter. Förhoppningen är att dessa tekniker snart blir en del av klinisk praxis och att denna avhandling kan bidra till en djupare förståelse av dem.

Ingående delarbeten

I. M G Kontakis, A Diez-Escudero, H Hariri, B Andersson, J D Järhult, N P Hailer. (2021) Antimicrobial and osteoconductive properties of two diffe-rent types of titanium silver coating. European Cells and Materials Journal, 14(41):694-706

II. M G Kontakis, E Carlsson, C Palo-Nie-to and N P Hailer. (2025) Ionic silver coating of orthopaedic implants may impair osteogenic differentiation and mineralisation. Journal of Experimen-tal and Therapeutic Medicine, 29:51

III. M G Kontakis, M Moulin, B Anders-son, N Norein, A Samanta, C Stelzl, A Engberg, A Diez-Escudero, J Kreuger, N P Hailer. Trabecular-bone mimicking osteoconductive collagen scaffolds: An optimized 3D printing approach using freeform reversible embedding of suspended hydrogels, 3D Printing in Medicine, 11;11(1):11.

IV. M G Kontakis, C Leliopoulos, D Buczko, B Andersson, C Palo- Nieto, N P Hailer. 3D Direct Ink Writing of Osteoconductive Scaffolds using a Cross-linked Collagen-Hydroxyapatite Ink. Biofabrication. 2025 Dec 30;18(1). doi: 10.1088/1758-5090/ae2d9c. PMID: 41401521.

Kort om mig

Jag har gjort min ST i ortopedi i Uppsala och arbetar numera som specialistläkare vid ryggkirurgiska sektionen på UAS. Mina forskningsintressen omfattar ben-regeneration, antimikrobiella ortopediska implantat, ryggkirurgi och 3D-printning. Jag tilldelades SOTS:s och SOFS:s resestipendium (2022) för ett kliniskt fellowship i Leeds och har även fått Mario Boni-utmärkelsen för min forskning om diskproteser i halsryggen. På fritiden tycker jag om att måla, bland annat i olja och akvarell.