Celuloza bakteryjna to polimer, któremu biotechnolodzy i lekarze poświęcają mnóstwo czasu próbując analizować jego właściwości i zastosowania. Nie jest obojętny także pacjentom, którzy czekają na możliwość pełniejszego korzystania z jego dobrodziejstw. Dlaczego tak szczególną uwagę przywiązuje się do produkcji celulozy bakteryjnej?

Bakterie wytwarzające celulozę należą do rodzaju Rhizobium, Agrobacterium, Sarcina czy Gluconacetobacter. W instytucie Biochemii Technicznej wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności PŁ prace badawcze wykonuje się z wykorzystaniem Gluconacetobacter xylinum. 

Glukonacetobacter Xylinum - to bakterie fermentacji octowej, niepatogenne, przyjazne człowiekowi. W przemyśle octowniczym są szkodnikami, właśnie za sprawą produkowanego śluzu. W medycynie ich wartość lecznicza jest jednak bardzo wysoka. Są to bakterie gram-ujemne o kształcie pałeczki, wyposażone są w enzym - syntazę celulozową, który katalizuje reakcję polimeryzacji cząsteczek glukozy, zawartych w podłożu hodowlanym, w liniowy polisacharyd - b-1,4 glukan gromadzący się poza komórką. Z takich łańcuchów glukanowych, łączących się w procesie krystalizacji w mikrofibryle, zbudowana jest struktura celulozy bakteryjnej. Sądzi się, że produkują one celulozę z dwóch przyczyn: jako produkt uboczny metabolizmu oraz jako środowiskowy mechanizm obronny. Dzięki celulozie bakterie unoszą się na powierzchni cieczy, co pozwala im na dostęp do tlenu oraz do pożywienia w wodzie i zabezpiecza je, przed szkodliwym promieniowaniem jonizującym. 

Okazuje się, że celuloza bakteryjna ma znacznie więcej zalet, aniżeli roślinna. Jest wyjątkowo czysta, nie towarzyszą jej żadne inne substancje, jak ligniny czy hemicelulozy, charakterystyczne dla celulozy roślinnej. Upraszcza to proces produkcji, bo eliminuje konieczność oczyszczania, co jest niezwykle korzystne pod względem ekologicznym. 

Nie bez znaczenia jest również fakt, że proces produkcji celulozy bakteryjnej nie jest wysoce skomplikowany. Wymagane są jedynie podstawowe hodowlane warunki bakteryjne. Nawet niewielkie laboratorium jest potencjalnym miejscem produkcji tego biomateriału, co zwiększa szanse na rozpowszechnienie tej metody. Czynnikiem korzystnym jest również możliwość użycia tanich surowców, nawet odpadowych, do produkcji celulozy bakteryjnej oraz biodegradowalność materiału. Rodzaj hodowli warunkuje postać celulozy. W hodowli wgłębnej możemy otrzymać kuleczki celulozowe. Hodowla powierzchniowa zapewnia gromadzenie się produktu na powierzchni pożywki. 

Badania prowadzone były wielokierunkowo. Rozpatrywano przydatność produktu w przemyśle żywnościowym, tekstylnym i papierniczym. Ostatecznie zdecydowano, że najlepiej byłoby  zastosować ją w medycynie. Celuloza jest pierwszym materiałem spełniającym wymagania stawiane nowoczesnym opatrunkom, który jest wytwarzany na drodze biotechnologicznej, przy wykorzystaniu bakterii octowych Glukonacetobacter xylinum. 

Pierwsze opatrunki celolozowe testowano na zwierzętach – poparzonych szczurach. Obecnie, za zgodą Komisji Etyki Lekarskiej, w Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach Śląskich stosowana jest błona celulozowa u pacjentów z oparzeniami różnego rodzaju. Ludzka skóra, nie posiada właściwości samoregeneracji ran pooparzeniowych. Określana jest więc przydatność opatrunku w leczeniu ran. Na podstawie wstępnych obserwacji lekarze ustalili, że rany oparzeniowe zabezpieczone błoną celulozową są dobrze izolowane od otoczenia. Opatrunek redukuje ból, w oparzeniach płytkich przyśpiesza naskórkowanie, zaś w głębokich skraca okres demarkacji martwicy.

Opatrunek taki charakteryzuje się wysoką czystością, elastycznością, wytrzymałością, porowatością, a także jest przepuszczalny dla gazów, co uniemożliwia rozwój bakterii beztlenowych w miejscach nim zabezpieczonych. Jednocześnie materiał ten jest nieprzepuszczalny dla drobnoustrojów z zewnątrz i chroni ranę przed wtórną infekcją. Opatrunek jest pozbawiony komórek bakteryjnych, które mogłyby wywołać stan zapalny. 

Opatrunek z celulozy ochrania także organizm przed utratą płynów ustrojowych poprzez zabezpieczenie pozbawionych skóry powierzchni ciała. Ma to ogromne znaczenie dla chorych leczonych z powodu rozległych oparzeń. Szybka utrata płynów przy tego rodzaju zranieniach jest przyczyną częstych zgonów pacjentów. Prawidłowe podziały fibroblastów nie prowadzą również do powstawania blizn przerostowych po zagojeniu rany. 

Celuloza bakteryjna ma bardzo dużą zdolność zatrzymywania wody. Silne uwodnienie to wielka zaleta wytwarzanego z tej celulozy opatrunku. Wilgoć znacznie przyspiesza gojenie się ran. Dzięki niej powstaje efekt chłodzący, bardzo istotny dla komfortu i łagodzenia bólu oparzonej osoby. Silne uwodnienie błony celulozowej sprawia, że przypomina ona napęczniałą skórę o bardzo gładkiej powierzchni i dlatego też przyjęły się jej określenia „sztuczna skóra" lub „płaszcz wodny". 

Celulozę można  wysycać antybiotykami, enzymami lub innymi substancjami. 

Opatrunek celulozowy można wytwarzać w dowolnych kształtach i rozmiarach. Duża elastyczność materiału umożliwia zaopatrywanie ran w miejscach „niewygodnych", takich jak pachwiny czy przestrzenie międzypalcowe dłoni. 

Obiecującym kierunkiem w rozwoju inżynierii medycznej wydaje się możliwość wykorzystania rurek z celulozy bakteryjnej do protezowania naczyń krwionośnych o małym przekroju. 

Zauważono również zastosowanie celulozy przy leczeniu operacyjnym przepuklin brzusznych metodą laparoskopową. Włókna celulozy splatają się w różnego rodzaju siatki, co pozwala na umieszczenie jej w rurce laparoskopowej. Siatki wprowadzane w ten sposób do jamy brzusznej mogą zastępować te wykorzystywane do tej pory, których koszt jest bardzo wysoki. Korzystanie z celulozy bakteryjnej jest praktyką nie tylko dużo tańszą, ale również dużo bezpieczniejszą dla pacjenta.

Jedną z najważniejszych cech celulozy bakteryjnej jest ta, która czyni ją materiałem biokompatybilnym o bardzo wysokim poziomie biozgodności. Organizm ludzki różnie reaguje na wszczepione ciało obce, często je odrzuca bądź reaguje alergicznie. Celuloza, uzyskana z bakterii na drodze mikrobiologicznej syntezy, jest przez organizm bardzo dobrze tolerowana, wręcz wbudowuje się w tkanki organizmu, który nie modyfikuje jej w żaden sposób. Wyklucza również powstawanie surowiczaków, co oznacza, że organizm nie odcina się od ciała obcego i nie otacza go płynem surowiczym, który dalej stałby się potencjalnym ogniskiem infekcji. Kolejną zaletą nieporównywalnie mniejsze zagrożenie transmisji różnych chorób, aniżeli w przypadku siatek pochodzenia zwierzęcego czy ze skóry dawców.

Oceniono również przydatność modyfikowanej celulozy bakteryjnej jako materiału do protezowania tchawicy. Badania zostały przeprowadzone na szczurach rasy Wistar. Ubytki tchawicy zaopatrywano modyfikowaną celulozą bakteryjnąo właściwościach  odpowiadających tkance chrzęstnej zaopatrywanego narządu. Celuloza może posłużyć także jako materiał do protez tarczek międzykręgowych czy protez przegrody nosa.

Z modyfikowanej celulozy mikrobiologicznej modeluję się chrząstki dysku międzykręgowego,  kształt małżowiny usznej czy nawet protezy piersi.   

Zespół Instytutu Biochemii Technicznej Politechniki Łódzkiej kierowany przez profesora Stanisława Bieleckiego otrzymał Złoty Medal z wyróżnieniem podczas 57 Światowych Targów Innowacji, Badań i Nowych Technologii w Brukseli za zastosowanie w chirurgii biomateriału uzyskanego z bakteryjnej celulozy. Dodatkowo materiał ten został nagrodzony specjalną nagrodą– Innova 2007. Sposób otrzymywania materiału oraz szereg jego zastosowań są przedmiotem zgłoszenia patentowego.

Na podstawie informacji uzyskanych od dr. Marka Kołodziejczyka i prof. Stanisława Bieleckiego – pracowników Politechniki Łódzkiej.

red. Blanka Majda