Projekt „Badania nad wykorzystaniem bionanocelulozy (BNC) w medycynie regeneracyjnej w aspekcie bioimplantów w kardiochirurgii i chirurgii naczyniowej” – w skrócie Kardio BNC – realizowany jest w konsorcjum, którego liderem jest Gdański Uniwersytet Medyczny. Głównym partnerem przedsięwzięcia jest producent polskiej bionanoleculozy, firma Bowil Biotech z Władysławowa.

Czym jest bioceluloza? Jest to produkt fermentacji przeprowadzanej przez szczep bakterii Gluconacetobacter xylinus E₂₅. Usieciowana jest ona w trójwymiarową strukturę zbudowaną z połączonych ze sobą włókien celulozowych o średnicy nieprzekraczającej 100 nm, co pozwala klasyfikować ją jako nanomateriał. Materiał BNC jest miękki, elastyczny, a zarazem posiada dużą wytrzymałość mechaniczną. Ze względu na zdolność utrzymania wody (końcowy produkt zawiera około 90% wody), może pełnić funkcję podobną do naskórka. Posiada dużą zdolność do absorpcji i desorpcji płynów, przez co może być skutecznym nośnikiem substancji, przewyższając pod tym względem np. hydrożel. Jest też przede wszystkim materiałem biokompatybilnym – to znaczy neutralnym, nie wywołującym reakcji zapalnej w organizmie i nie zaburzającym funkcjonowania okolicznych tkanek. Ze względu na swoje właściwości, BNC może być stosowana w produkcji opatrunków, soczewek kontaktowych, a także szeregu implantów chirurgicznych: takich jak chrząstki nosa i ucha czy zastawki serca i łaty osierdziowe.

Na tym ostatnim aspekcie skupia się projekt Kardio BNC, którego końcowym produktem ma być szereg bioimplantów: protezy naczyniowej, protezy zastawki aortalnej, złożonej protezy zastawki wraz z protezą aorty (tak zwany „kompozyt graft”) oraz łaty pozwalającej uzupełnić powstały podczas operacji kardiochirurgicznej ubytek worka osierdziowego („łata osierdziowa”). Projekt realizowany jest z użyciem dużych zwierząt (świń), a w konsekwencji ma za zadanie wykazać zasadność rozpoczęcia dalszych etapów programu wdrożenia bioimplantów z BNC w badaniach klinicznych.

Głównym problemem badawczym jest opracowanie materiału, który będzie posiadał szereg następujących cech:

• dużą wytrzymałość mechaniczną w warunkach fizjologicznych (w tym celu wykonywane są testy wytrzymałości BNC na rozciąganie oraz rozdzieranie, a także określenie wytrzymałości zmęczeniowej);
• nie będzie degradowany w środowisku organizmu gospodarza (w tym celu przeprowadza się testy biodegradacji w warunkach in vitro i in vivo);
• nie będzie stanowił nośnika lub pożywki dla szkodliwych drobnoustrojów (w tym celu przeprowadzane są testy na degradację przez mikroorganizmy: Staphylococcus aureus, Candida albicans i Aspergillus fumigatus);
• biokompatybilność (w tym celu przeprowadza się m. in. testy trombogenności i pomiary markerów stanu zapalnego).

W prowadzeniu tych badań, wykonywaniu modyfikacji chemicznych i fizycznych BNC oraz ocenie jakości produktu uczestniczą pozostali konsorcjanci projektu: Politechnika Gdańska (Wydziały Chemiczny i Mechaniczny), Wydział Biologii Uniwersytetu Gdańskiego, Zespół Inżynierii Medycznej Centrum Techniki Okrętowej w Gdańsku, a także Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi w Zabrzu.

W drugim etapie projektu, wyselekcjonowany materiał jest implantowany do układu krążenia dużego zwierzęcia doświadczalnego (świni), służącego jako model in vivo. Po takim zabiegu, świnia utrzymywana jest przy życiu przez kilka miesięcy, podczas których regularnie monitorowane są jej parametry życiowe i analizowany jest skład krwi. Ostatni zabieg wstawienia zastawki aortalnej odbył się 21 stycznia br. Stosowaną procedurę opisuje dr hab. med. Piotr Siondalski, kardiochirurg z Katedry i Kliniki Kardiochirurgii i Chirurgii Naczyniowej GUMed oraz kierownik projektu:
- Przeprowadziliśmy już ponad 20 operacji u świń, które polegały na wszczepianiu bionanocelulozy w różnych miejscach układu krążenia. Ten etap zaczął się w zeszłym roku, także teraz mamy już pierwsze wyniki obserwacji zwierząt po trzech i po sześciu miesiącach, a także badania samego bioimplantu i jego stanu, jaki po upływie tego czasu zastaliśmy w organizmie. Wykonuje się eutanazje, które pozwalają na przeprowadzenie badań makroskopowych i mikroskopowych implantu po czasie tych trzech czy sześciu miesięcy. W okresie pooperacyjnym współpracujemy z odpowiednią chlewnią, która zapewnia świniom izolację od innych zwierząt i odpowiedni rodzaj pożywienia, który nie zapewnia tak dużego przyrostu masy jak u zwierząt hodowlanych. W tym czasie obserwujemy świnie nie tylko pod kątem temperatury ciała czy stanu gojenia się rany, ale wykonywane są też badania krwi, które pozwalają sprawdzić jak zwierzę reaguje na samą operacje i na obecność implantu. Na etapie planowania projektu założyliśmy, że operowane będą 24 świnie, natomiast aktualnie, po przeprowadzeniu wstępnych badań histopatologicznych i mikroskopowych po eksplantacji bioimplantu widzimy, że wymagana jest jeszcze zmiana samej jakości próbki. Ten etap jest właśnie po to, aby sprawdzić czy nasze przewidywania teoretyczne się sprawdzają czy też nie. Widzimy, że prawdopodobnie trzeba wykonać jeszcze dodatkowe operacje, być może 6 lub 10, ponieważ należy wykonać modyfikacje samego implantu. Teraz zachowuje się on całkiem dobrze i pierwsze wyniki są bardzo obiecujące, jednak istnieją wskazówki, aby jeszcze bardziej poprawić jego jakość. Dodatkowo, okres obserwacji, wyjściowo planowany na trzy miesiące, został przedłużony do sześciu miesięcy ze względu na duży wzrost świń i możliwość obserwacji implantu, który musi rosnąć razem ze zwierzęciem. Jest to słuszne, dlatego planujemy przedłużenie realizacji projektu, który planowo miał zakończyć się we wrześniu 2016 r., ale może zostać przedłużony do marca 2017 r.

Łatwy dostęp do taniego i niezawodnego materiału produkowanego w Polsce może przyczynić się do zwiększenia liczby i skrócenia czasu operacji, a także obniżyć koszty niektórych zabiegów kardiochirurgicznych nawet o 20%. Na dzień dzisiejszy, koszt protez zastawek serca oraz protez naczyniowych, a także łat osierdziowych to kilka tysięcy złotych. Potencjał aplikacyjny BNC jest bardzo duży i wykracza także poza obszar kardiochirurgii. Choć z pragmatycznego punktu widzenia badania kliniczne z użyciem polskiej bionanocelulozy to jeszcze kwestia przyszłości, Kardio BNC stanowi niezwykle cenny „proof of concept”. Więcej informacji o projekcie można znaleźć na stronie http://kardiobnc.pl.