Rosnące zapotrzebowanie, wysokie wymagania oraz obniżający się wiek pacjentów poddawanych wszczepieniom sprawiają, że stosowane obecnie w medycynie biomateriały muszą zapewniać możliwie daleko idącą analogię struktury i funkcji wszczepianego substytutu. Jednak pomimo zastosowania zaawansowanych technik i ulepszanych wciąż biomateriałów, bardzo często zdarza się, że organizm rozpoznaje wszczepiony materiał jako obcy, co powoduje jego odrzucenie. Odrzuceniu mogą ulec zarówno implanty (np. protezy ortopedyczne, naczyniowe), a także urządzenia wszczepiane do wnętrza organizmu, takie jak rozrusznik serca, sztuczne zastawki serca czy stenty. Gdy organizm rozpozna wszczepiony biomateriał jak obcy, wytwarza się wokół niego gęsta warstwa kolagenu, która skutecznie „odcina” go od organizmu. Naukowcy nazywają te strukturę „kapsułą kolagenową”. Odizolowane w ten sposób od organizmu urządzenia zwykle przestają działać i w konsekwencji nie spełniają swojej funkcji. 

Naukowcom z University of Washington udało się ostatnio ten problem rozwiązać. Stworzyli oni syntetyczną materiał, który nie wywołuje reakcji organizmu przeciwko wszczepianym urządzeniom i implantom. Uzyskana substancja po zwilżeniu wodą zwiększa objętość i wykazuje właściwości hydrożelu. Co więcej jest wykonana z polimeru, który posiada zarówno dodatni jak i ujemny ładunek, przez co może „odpychać” wszystkie białka zbliżające się do jego powierzchni. Urządzenia medyczne, takie jak sztuczne zastawki serca, protezy i implanty piersi pokryte warstwą tego polimeru nie są rozpoznawane przez układ immunologiczny jako obce, a tym samym nie ulegają odrzuceniu. Wyniki badań przeprowadzonych przez zespół z Waszyngtonu zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Biotechnology.

"Nasz hydrożel można zastosować dla wielu różnych urządzeń i implantów medycznych, wszczepianych do ciała pacjenta"- powiedział Buddy Ratner, współautor i profesor bioinżynierii i inżynierii chemicznej z University of Washington.

Zespół profesora Jianga podczas badań na mysim modelu wykazał, że wszczepiane podskórnie zwierzętom implanty pokryte warstwą hydrożelu nie są otaczane przez warstwę kolagenu, a tym samym ryzyko ich odrzucenia przez organizm znacznie spada. Badacze zaobserwowali, że zastosowana substancja chroni implant przed tworzeniem kapsuły kolagenowej przez około 3 miesiące. Obserwacje przeprowadzone po tym czasie nie wykazały tworzenia białkowej warstwy wokół implantu, a kolagen rozmieszony był luźno i równomiernie w tkance otaczającej polimer.Ich zdaniem, jeżeli w ciągu kilku tygodni wokół przeszczepionego obiektu nie wytworzyła się warstwa kolagenu, to jest to równoznaczne z przyjęciem wszczepionego elementu.

"Naukowcy od dłuższego czasu próbowali opracować materiały, których nie odrzucałby organizm pacjenta. Jednak nasz hydrożel to pierwsza, nie porowata, syntetyczna substancja uniemożliwiająca tworzenie kapsuły kolagenowej i chroniąca wszczepiane materiały przed odrzuceniem" - powiedział profesor Jiang.

W kolejnych etapach badań naukowcy we współpracy z producentami implantów planują sprawdzić skuteczność hydrożelu u ludzi, a następnie ustalić jego zdolność do niwelowaniu już nagromadzonej otoczki kolagenowej.

Anna Jasińska

Źródło:

• L. Zhang, Z. Cao, T. Bai, L. Carr, J.-R. Ella-Menye, C. Irvin, B.D. Ratner, S. Jiang.Zwitterionic hydrogels implanted in mice resist the foreign-body reaction. Nature Biotechnology, 2013, doi:10.1038/nbt.2580

• http://phys.org/news/2013-05-biomaterial-success-medical-implants.html