aerożele chitozanowe

Wsparcie dla procesów gojenia, odbudowa zniszczonych tkanek i przywrócenie ich właściwości: przy takich rezultatach trudno się dziwić, że medycyna regeneracyjna jest postrzegana jako wielka szansa dla chorych z urazami, schorzeniami czy chorobami nowotworowymi. Dzięki aerożelom chitozanowym nadzieje te stają się jeszcze bardziej uzasadnione.

Dynamiczny rozwój medycyny regeneracyjnej, wynika głównie z jej szerokiego spektrum potencjalnych zastosowań, będących ratunkiem dla wielu chorych. Mimo wielkiego postępu, jaki nieustannie charakteryzuje medycynę, identyfikowane są kolejne bariery uniemożliwiające w pełni skuteczne terapie. Dotyczą one także transplantologii, będącej przecież niejednokrotnie jedynym sposobem nie tylko na poprawę zdrowia, ale wręcz i ocalenia czyjegoś życia. Czynnikami wpływającymi na zahamowanie dynamiki rozwoju transplantologii są: zbyt mała liczba dawców, restrykcyjne zasady kwalifikacji do przeszczepu, relatywnie wysokie ryzyko odrzutów, konieczność regularnego przyjmowania leków immunosupresyjnych, z którymi związane są również liczne powikłania. Nie sposób pominąć także kontrowersji natury etycznej, mających realny wpływ na dostępność organów do przeszczepu.

W wyniku tego pojawił się pomysł, by chorym pacjentom przeszczepiać własne komórki i tkanki. To jedno z zagadnień będących w centrum zainteresowań medycyny regeneracyjnej. Ma ona umożliwić naturalną regenerację i naprawę uszkodzonych komórek, tkanek, narządów za pomocą przeszczepów, terapii genowej oraz czynników wzrostu. Wyróżnia się dwa kluczowe obszary medycyny regeneracyjnej: terapia komórkowa oraz inżynieria tkankowa. Ta pierwsza to infuzja lub wstrzykiwanie pacjentowi komórek macierzystych. Jej największą wadą jest niska wydajność: nie wszystkie podawane w ten sposób komórki docierają i pozostają we właściwym miejscu w ludzkim organizmie. Część z nich także obumiera, nie niosąc żadnego pożytku dla organizmu. Drugim obszarem jest inżynieria tkankowa, czyli stwarzanie komórkom właściwego środowiska do przetrwania oraz dalszego funkcjonowania w ludzkim ciele – a dokładniej, w miejscu, które wymaga terapii. Kapitalne znaczenie dla możliwości dalszego samoodtwarzania się tkanek ma jakość sztucznie stworzonego przez człowieka środowiska. Odpowiedzialność za nie leży po stronie badaczy, którzy wykonują podłoże i hodują na nich komórki.

W tym kontekście znaczącą rolę odgrywają tzw. rusztowania, tworzone w laboratoriach ze specjalnego rodzaju biomateriałów. Te mikroporowate struktury służą jako mechaniczna podpora dla komórek, utrzymująca je w pożądanym miejscu. Rusztowania wykorzystywane są również do dystrybucji czynników wzrostu oraz substancji odżywczych. Ich specyficzna struktura pozwala na to, by po przeszczepie powstały funkcjonalne naczynia krwionośne, które zapewnią dostęp m.in. do składników odżywczych oraz tlenu, a także pomogą w usunięciu produktów przemiany materii i dwutlenku węgla.

Tu pojawia się jednak pytanie: czy ludzki organizm bezproblemowo zaakceptuje obcy element? Okazuje się, że nierzadko dochodzi do powikłań, np. krwotoków, stanów zapalnych, alergii czy stresu antyoksydacyjnego. W wyniku stosowanych leków immunosupresyjnych organizm ludzki jest bardziej narażony na rozwój licznych infekcji. Materiał stosowany do stworzenia rusztowań musi więc posiadać specyficzne właściwości stymulujące wzrost komórek oraz zapobiegające rozwojowi innych mikroorganizmów. I tu rozwiązaniem zdecydowanie wartym rozważenia, zwłaszcza z punktu widzenia pacjenta, są aerożele polimerowe. Wyróżniają się zwłaszcza te naturalnego pochodzenia, powstałe z pochodnej chityny (pancerzy krabów, krewetek bądź homarów) – chitozanu.

Aerożele chitozanowe są nowością, nawet na tle stosunkowo krótkiej historii medycyny regeneracyjnej. Mimo to, środowisko lekarskie przygląda się im z wielką uwagą. Materiał ten, czyli sztywna piana o bardzo małej gęstości, jest w pełni biokompatybilny. Gwarantuje to, że komórki hodowane na takich rusztowaniach nie zostaną odrzucone przez organizm leczonej w ten sposób osoby. Znika też problem obecności rusztowań w organizmie: wykonane z chitozanu aerożele są biodegradowalne. W ten sposób z procesu kuracji pacjenta eliminowana jest reoperacja, która jest często niezbędna jakiś czas po zabiegu w celu usunięcia nierozpuszczalnych elementów. To dobra wiadomość dla pacjenta, nie muszącego poddawać się kolejnej medycznej interwencji. Przy stosowaniu ich eliminowane jest też wspomniane wyżej ryzyko zapaleń czy krwotoków, istotne są również ich właściwości antybakteryjne.

Tym, co istotnie odróżnia aerożele od innych materiałów służących do budowy rusztowań (jak np. polimery syntetyczne, biopolimery bądź materiały ceramiczne lub kompozyty) to porowatość. Dzięki niej, aerożele umożliwiają hodowanym komórkom dostęp do tlenu oraz składników odżywczych. Pory pozwalają także na bezproblemowe usuwanie produktów przemiany materii oraz zbędnego dwutlenku węgla. Ma to oczywiste korzyści i pozytywnie wpływa na skuteczność terapii z wykorzystaniem aerożeli. Ich specyficzna struktura sprawia, że powstające komórki mają możliwość przemieszczania się oraz tworzenia trójwymiarowej struktury. Efektem takiego procesu jest wielowarstwowa tkanka.

Póki co, największym minusem omawianego rozwiązania jest jego niska dostępność. Aerożele wciąż pozostają jeszcze na etapie laboratoryjnych badań oraz testów. Istotne jest to, że Polska może pochwalić się sukcesami w zakresie badań nad aerożelami. Wyniki prac zespołu twórców związanych z Politechniką Krakowską: dr inż. Marek Piątkowski, mgr inż. Julia Radwan-Pragłowska oraz mgr inż. Łukasz Janus, rokują na rychłe wdrożenie rynkowe aerożeli chitozanowych.


Autor: Przemysław Zieliński, INTECH PK sp. z o.o. (spółka celowa Politechniki Krakowskiej)
Konsultacja medyczna: lek. Kamila Mitka

Artykuł przygotowany w ramach projektu ProBio Małopolska