Ogólna charakterystyka materiałów bioadhezyjnych

Najczęściej stosowane syntetyczne materiały bioadhezyjne otrzymywane są na bazie cyjanoakrylanów, czyli substancji silnie sklejających. Dostępne są w różnych formach, w zależności od długości łańcucha polimerowego oraz grup funkcyjnych. Cyjanoakrylany charakteryzują się dużym powinowactwem do wody, dobrą wytrzymałością chemiczną i mechaniczną, a także szybkim działaniem. Kontrowersje wzbudza jednak ich toksyczność, której źródłem jest rozkład. Związki te przekształcają się w cyjanooctan i formaldehyd, które nie ulegają metabolizmowi w organizmie i mogą powodować stan zapalny. Im dłuższe jednak łańcuchy polimerowe, tym rozkład następuje wolniej i nie dochodzi do sytuacji groźnych dla zdrowia pacjenta, dlatego obecnie stosowane są cyjanoakrylany oktylowe. Materiał ten nie charakteryzuje się odpowiednią elastycznością do wielu zabiegów, ale ponownie można ją modyfikować za pomocą wydłużenia łańcucha polimerowego. Działanie to powoduje jednak pogorszenie właściwości klejących, ze względu na zmniejszenie oddziaływań międzycząsteczkowych.

Adhezja może zachodzić też dzięki oddziaływaniom biologicznym, a zatem wykorzystuje się również materiały naturalne, nazywane fibrynowymi klejami tkankowymi. Stosowanie są jako uszczelnienia podczas wykonywania przeszczepów oraz operacji laparoskopowych. Składają się z dwóch grup składników, które mieszane są w trakcie zabiegów. Pierwsza zawiera białko (fibrynogen), biorące udział w procesie krzepnięcia krwi, glutaminazę osoczową i chlorek wapnia. Druga składa się z trombiny, która rozkłada fibrynogen na mniejsze związki fibryny, a także środka antyfibrynolitycznego. Dzięki rozkładowi fibrynogenu fibryna może być poddana polimeryzacji i usieciowaniu w inną konformację, która zapewni budowę odpowiedniego skrzepu w miejscu sklejenia.

Nowoczesne materiały bioadhezyjne

Wychodząc naprzeciw wymaganiom współczesnej medycyny oraz bezpieczeństwu pacjentów, badacze opracowują nowoczesne materiały, które zapewniają szybkie działanie zarówno dla tkanek miękkich, jak i twardych, bez zagrożenia dla zdrowia. Naukowcy i lekarze z Iranu opracowali taki materiał na bazie metakryloilu żelatyny (Gel-MA) i koniugatu żelatyna-dopamina (Gel-Dopa). Reakcję wiązania oparto na procesach fotopolimeryzacji w obecności ryboflawiny i trietanolaminy oraz chemicznego sieciowania, umożliwianego przez genipinę.

Żelatyna, pozyskiwana z rozkładu kolagenu, zawiera bioaktywne grupy aminokwasów, co poprawia mocowanie komórek oraz ich namnażanie. Jest biokompatybilna, ale ulega szybkiemu rozpuszczeniu w środowisku wodnym i charakteryzuje się niską wytrzymałością mechaniczną, co sprawia, że jako samodzielny związek nie jest dobrym środkiem bioadhezyjnym. W celu zmniejszenia jej rozpuszczalności zaproponowano usieciowanie w postaci metakryloilu żelatyny, który jest pochodną żelatyny, zawierającą metakryloamid i kilka grup metakrylanowych. Aby natomiast zapewnić trwałe i silne przytwierdzenie żelatyny do tkanek, wykorzystano dopaminę. Odkrycie dopaminy jako środka silnie wiążącego w mokrym środowisku należy przypisać obserwacji małży morskich. To właśnie ten związek jest obecny w wydzielinie, wytwarzanej przez małże, dzięki której mogą przytwierdzać się do powierzchni.

Ryboflawina i trietanolamina są najczęściej używanymymi w medycynie fotoinicjatorami polimeryzacji. Do fotopolimeryzacji w obecności tych związków może dochodzić podczas naświetlania laserem oraz światłem widzialnym fluorescencyjnym lub niebieskim. Ta metoda ma jednak ograniczenia w postaci niecałkowitej penetracji światła przez materiały stałe i zależności efektywności od odległości między źródłem światła a materiałem. Z tego względu konieczne jest zastosowanie dodatkowego sieciowania chemicznego. Użycie genipiny zamiast konwencjonalnych związków chemicznych umożliwiło zredukowanie ryzyka obecności szkodliwych, nieprzereagowanych monomerów oraz powstawania toksycznych produktów ubocznych. Genipina jest również naturalnym środkiem wiążącym, co dodatkowo zwiększa tolerancję organizmu na bioadhezję.

W wyniku badań przeprowadzonych na tym materiale adhezyjnym naukowcy udowodnili, że ulega on rozkładowi w ciągu sześciu dni od aplikacji, natomiast w zależności od udziału procentowego metakryloilu żelatyny i koniugatu żelatyna-dopamina można ten czas skracać lub wydłużać. Jest to istotne, ze względu na konieczność degradacji tych substancji, aby na ich miejscu mogła wytworzyć się tkanka pierwotna. Podobnie sterować można wytrzymałością mechaniczną. Materiały z większą ilością dopaminy wykazywały większą wytrzymałość na rozciąganie i zachowanie sprężyste, natomiast te z większą ilością metakryloilu żelatyny – bardziej plastyczne właściwości ze znacznie mniejszą wytrzymałością na rozciąganie. Ocena cytotoksyczności dowiodła również, że cząsteczki żelatyny, modyfikowane dopaminowymi i metakrylanowymi grupami funkcyjnymi, nie wpływały istotnie na żywotność i proliferację komórek.