Po raz pierwszy hydrożel został zaproponowany jako materiał do produkcji soczewek kontaktowych w 1960 przez czeskich naukowców Otto Wichterle i Drahoslava Lim. W czasopiśmie Nature opublikowali swoje badania dotyczące polimetakrylanu 2-hydroksyetylu (pHEMA). Od tego czasu zaczęto się interesować jak wykorzystać specyficzne właściwości hydrożeli do zastosowań biomedycznych.

Matryce polimerowe stosuje się głównie do produkcji soczewek kontaktowych, materiałów opatrunkowych oraz systemów uwalniania leków. Hydrożele zaczęto również wykorzystywać przy projektowaniu rusztowań w inżynierii tkankowej. Naukowcy prowadzą badania nad podłożami do regeneracji tkanki chrzęstnej, nerwowej, a także tkanki kostnej.

Czy przezroczysty materiał o słabych właściwościach mechanicznych może wspomóc regenerację kości? Odpowiedzi należy szukać w budowie kości. Kość jest naturalnym kompozytem składającym się z nanokryształków hydroksyapatytu umieszczonych w matrycy kolagenowej. Biorąc pod uwagę złożoną budowę tej tkanki, można wnioskować, że stosowanie hydrożelowych matryc jest jak najbardziej wskazanym rozwiązaniem.

Wielu naukowców z całego świata pracuje na wykorzystaniem hydrożeli w inżynierii biomedycznej. O początkach swojej pracy opowiada nam dr Timothy Douglas, który pracuje w Polymer Chemistry and Biomaterials Group na Uniwersytecie Gent w Belgii.

– Prace nad hydrożelami rozpocząłem w Nijmegen w Holandii, trafiając do grupy realizującej projekt z użyciem tego materiału – wspomina dr Douglas. – Hydrożele są interesującym materiałem, ponieważ są wstrzykiwalne, większość z nich jest nietoksyczna i można w nich "zamykać" ciekawe rzeczy takie jak enzymy, komórki i czynniki wzrostu, które sprzyjają regeneracji kości.

Za największe utrudnienie w projektowaniu podłoży, naukowiec uznaje brak zadowalających właściwości mechanicznych. Mimo tych trudności, nie poddaje się i prowadzi badania nad mineralizacją hydrożeli w celu nadania im odpowiedniej sztywności. Opracowując rusztowania kompozytowe wprowadza do hydrożeli różnego rodzaju cząstki. Jakie?

– Istnieją różne możliwości, m.in. dodatki cząstek ceramicznych, jak również molekuł i grup chemicznych o wysokim powinowactwie do jonów wapniowych lub fosforanowych. Takie grupy "wyłapują" jony ze środowiska i służą jako zarodki do wzrostu kryształów fosforanów wapnia. Innym rozwiązaniem jest dodatek substancji takich jak enzym -– fosfataza alkaliczna (ALP), powodująca wzrost stężenia jonów wapniowych i fosforanowych wewnątrz hydrożelu ­-­– (ALP jest enzymem naturalnie występującym w kościach, który wspomaga ich mineralizację- przyp. red.).

Dr Douglas pracuje m.in. nad hydrożelami na bazie chitozanu oraz gumy gellan. Do zastosowań biomedycznych stosuje się hydrożele pochodzenia zarówno naturalnego jak i  syntetycznego. Pozostaje mieć nadzieję, że prace nad hydrożelowymi podłożami będą się prężnie rozwijały i wkrótce będzie można uzyskać żelowy materiał o optymalnych właściwościach do regeneracji kości.

Magdalena Pilarz