Naukowcy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego opracowali nowy wstrzykiwalny, hydrożelowy materiał hybrydowy do potencjalnego zastosowania jako bioaktywne rusztowanie komórkowe. Materiał ten może być wykorzystany do odbudowy ubytków kostnych ortopedycznych, stomatologicznych. Może on zostać wprowadzony w miejsce ubytku w sposób mało inwazyjny (iniekcja) i żelowany w sposób kontrolowany, umożliwiając tym samym rekonstrukcję tkanki kostnej, a po spełnieniu swej funkcji terapeutycznej ulegnie biodegradacji enzymatycznej z utworzeniem nietoksycznych produktów.
W ostatnich latach obserwujemy znaczący postęp w rozwoju inżynierii tkankowej i nauk pokrewnych. Badania nad możliwościami odbudowy tkanki kostnej to odpowiedź na postępujący proces starzenia się społeczeństw i problem efektów nieregularnego trybu życia (otyłość, cukrzyca), a także rosnącą liczbę nieszczęśliwych wypadków.
Poszukiwania biomateriału przyszłości
Obecnie stosowane metody, np. przeszczepy tkanek czy rekonstrukcje chirurgiczne, są niewystarczające w stosunku do zapotrzebowania. W przypadku niektórych urazów jedyną szansą na regenerację jest implementacja w miejscu ubytku tzw. rusztowania komórkowego.
Naukowcy z całego świata pracują nad stworzeniem biodegradowalnego materiału, który przyspieszałby proces mineralizacji oraz stanowił matrycę dla zasiedlenia przez osteoblasty (komórki kościotwórcze). Optymalnie materiał taki powinien być dostępny w formie wstrzykiwalnej, łatwej do wprowadzenia w dowolne miejsce ciała w postaci lepkiego zolu.
Naukowcy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego pod kierownictwem dr hab. Joanny Lewandowskiej-Łańcuckiej opracowali materiał, który wychodzi naprzeciw tym oczekiwaniom.
Uzyskany produkt w postaci hydrożelowego materiału hybrydowego wyróżnia się tym, że otrzymano go w wyniku jednoczesnego sieciowania genipiną biopolimerowej matrycy hydrożelowej (kolagenu, chitozanu i kwasu hialuronowego) i rozproszonych w niej celowo modyfikowanych cząstek krzemionkowych. Modyfikacja powierzchni cząstek krzemionkowych zapewniła możliwość ich kowalencyjnego przyłączenia do hydrożelowej sieci polimerowej w trakcie sieciowania genipiną.
Opracowana przez Naukowców z UJ nowa metodologia pozwoliła tym samym uzyskać jednorodny materiał hybrydowy z trwale związanymi z siecią polimerową bioaktywnymi cząstkami krzemionkowymi. Zaproponowane podejście jest szczególnie ważne ponieważ eliminuje poważny problem jakim jest niekontrolowany „wyciek” składników hydrożelu do tkanek w warunkach in vivo.
Innowacja w medycynie regeneracyjnej
Nowo opracowany wielofunkcyjny wstrzykiwalny hydrożelowy materiał hybrydowy wyróżnia szereg właściwości nadających mu wysoki potencjał aplikacyjny, w tym:
1. prosta i tania metoda otrzymywania
2. stabilność strukturalna
3. wstrzykiwalność i zdolność do żelowania w warunkach fizjologicznych (37ºC)
4. biokompatybilny skład hydrożelu
5. biointegracja materiału z kością przy jednoczesnym wspomaganiu procesu mineralizacji kości.
6. potencjał terapeutyczny dzięki możliwości wprowadzenia do hydrożelu związków leczniczych
Wykonane przez Naukowców z UJ badania fizykochemiczne i wstępne badania biologiczne in vitro wykazały, iż opracowany nowy materiał posiada zdolność do biointegracji, stanowi dogodną biomatrycę/rusztowanie umożliwiające odbudowę tkanki kostnej, mogąc potencjalnie pełnić również funkcję układu do kontrolowanego dostarczania leków.
W ten sposób zespół Naukowców z UJ (dr hab. Joanna Lewandowska-Łańcucka, prof. dr hab. Mara Nowakowska, mgr Adrana Gilarska) stworzył wieloskładnikowy materiał, który może być potencjalnie wykorzystany do odbudowy/usuwania ubytków kostnych, w szczególności ubytków o niewielkich rozmiarach, trudnych, a często niemożliwych, do rekonstrukcji inwazyjnymi metodami klasycznymi. Istotnym obszarem zastosowań wydaje się również stomatologia, w tym odbudowa ubytków kości szczęki po ekstrakcjach zębów, ubytków powodowanych paradentozą, problemów po wypadkowych i resekcjach w przypadku chorób nowotworowych. Obecnie trwają badania nad oceną możliwości wykorzystania opracowanych materiałów w warunkach in vivo. Zweryfikowana już została wstrzykiwalność, a także zdolność do żelowania w warunkach in vivo.
Niniejsze badania są finansowane ze środków Narodowego Centrum Nauki, NCN, w ramach projektu Sonata 11 (UMO-2016/21/D/ST5/01635) a także przez Centrum Transferu Technologii CTT CITRU w ramach dofinansowanie prac przedwdrożeniowych dla Innowacji UJ (Dec: 30.621.8.2020)
Projekt dofinansowano z programu „Społeczna odpowiedzialność nauki” Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
Nauka da Społeczeństwa, Ministerstwo Nauki