Cele Bio‑Implantu

Bioimplanty opracowywane w ramach projektu Bio‑Implant mają docelowo wspomagać regenerację oraz odtwarzanie ubytków w tkance kostnej powstałych na skutek operacji usunięcia nowotworu. Badacze skoncentrowali się głównie na onkologicznych ubytkach kostnych występujących w okolicach twarzoczaszki pacjentów. Taki bioimplant miałby być przygotowywany dla każdego pacjenta indywidualnie, w ten sposób zapewniając jak największą zgodność z jego potrzebami. Dodatkowo w ramach projektu opracowywane są komputerowe systemy wspomagania operacji wszczepiania takiego implantu.

„Mimo kilkudziesięciu lat prac nad sztucznymi tkankami, narządami i stawami nadal nie jesteśmy w stanie odwzorować w 100% tego, co stworzyła natura. Skutkuje to bardzo często powikłaniami wynikającymi ze stosowania tradycyjnych implantów i koniecznością przeprowadzania operacji rewizyjnych” – opowiada dr Święszkowski. „Medycyna regeneracyjna, a w szczególności inżynieria tkankowa dają nowe możliwości leczenia i odbudowy ubytków naszych tkanek i narządów. W metodach tych dąży się do uzyskania docelowo w miejscu ubytku tkanki właściwej pacjenta. Zastosowany implant, który my nazywamy bioimplantem, pełni role czasowego rusztowania wzbogaconego w komórki macierzyste pochodzące od pacjenta  oraz czynniki wzrostu, które ma za zadanie wspomagać formowanie się nowej tkanki w miejscu ubytku.”

Interdyscyplinarny charakter badań

Projekt Bio‑Implant wymaga współpracy specjalistów z wielu różnych dziedzin nauki, dlatego też w skład zespołu badawczego wchodzą naukowych posiadający doświadczenie w zakresie medycyny, inżynierii materiałowej, biologii, technik wytwarzania CAD/CAM jak również informatyki. Za koordynację współpracy odpowiada Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej (tam też pracuje dr Święszkowski). Poza tym w ramach projektu współpracują takie placówki, takie jak Politechnika Wrocławska, Warszawski Uniwersytet Medyczny i Centrum Onkologii.

Skafoldy, czyli rusztowania dla komórek w bioimplantach

Komórki stosowane w bioimplantach umieszcza się na sztucznym rusztowaniu, nazywanym w inżynierii tkankowej skafoldem. Jego zadaniem jest utrzymanie trójwymiarowej struktury całego układu implant‑tkanka. Idealny skafold musi spełniać szereg wymagań, na przykład umożliwianie tak przylegania jak i migracji komórek, czy posiadać odpowiednie parametry mechaniczne oraz fizykochemiczne. Na pytanie o materiały stosowane do produkcji skafoldów w ramach projektu Bio‑Implant dr Święszkowski odpowiada następująco: „Różne materiały polimerowe, ceramiczne, a nawet metaliczne badane są pod kątem zastosowania ich w roli podłoży‑rusztowań, potoczenie nazywanych skafoldami. W naszym zespole prowadzimy badania mające na celu opracowania biomateriału kompozytowego polimer-ceramika, który będzie miał właściwości mechaniczne zbliżone do kości gąbczastej. Materiał ten zawiera bioceramikę w postaci fosforanów wapnia, które sprawiają, że nasze rusztowanie będzie sprzyjało kościotworzeniu.”

„Polimery kwasu mlekowego (tj. PLA), również rozważane są jako materiały do regeneracji tkanki kostnej. Jednak problemy, jakie towarzyszą ich degradacji mogą zakłócać procesy odbudowy nowej tkanki.”

Kryteria idealnego skafoldu

Zdaniem dr Święszkowskiego jest wiele kryteriów, które powinno spełniać "idealne rusztowanie tkankowe". „Ma ono: umożliwiać zarówno przyleganie, jak i migrację komórek; dostarczać niezbędnych czynników wzrostu; umożliwiać dyfuzję składników odżywczych oraz innych wytwarzanych substancji; zapewniać odpowiednie parametry mechaniczne i fizykochemiczne, sprzyjające integracji i dalszemu rozwojowi tkanki. Rusztowanie powinno tak jak każdy implant być przede wszystkim biozgodne, umożliwiać jego sterylizację, formowanie i implantacje. Ponadto powinno być porowate i bioaktywne, aktywować procesy formowania się np. tkanki kostnej. Wyjściowe właściwości mechaniczne powinny być zbliżone do zastępowanej tkanki i zmniejszać się wraz z kontrolowaną degradacją rusztowania zgodnie z szybkością formowania się nowej tkanki.”

Na jakim etapie są badania?

„Badania w projekcie Bio-Implant są na etapie sprawdzania poprawności funkcjonowania bioimplantów na dużym modelu zwierzęcym ‑ owcy, czyli w warunkach zbliżonych do tych panujących w organizmie człowieka. Największym wyzwaniem w projekcie jest regeneracja dużych ubytków tkanki kostnej obciążanej mechanicznie w okolicy żuchwy. Istotne jest, aby odbudowując tkankę kostną uzyskać również jej silne ukrwienie tak jak ma to miejsce w zdrowej tkance. Dążymy więc do opracowania metody wspomagania formowania się naczyń krwionośnych w regenerowanym ubytku kostnym.”

Przyszłość inżynierii tkankowej

Dr Święszkowski mówi: „Liczymy, że pierwsze bioimplanty będą mogły być stosowane na szerszą skalę już za kilka lat. Bioimplant jako produkt medyczny musi przejść wszystkie wymagane badania dopuszczające jego stosowanie w klinice.”

„Medycyna regeneracyjna jest przyszłościową metodą leczenia. Dlatego też planujemy nadal prowadzić badania mające na celu opracowanie nowych bioimplantów do regeneracji takich tkanek jak chrząstka, ścięgna czy więzadła. Jednak największym naszym marzeniem jest opracowanie metody regeneracji‑hodowli całych narządów tj. wątroby, nerek, płuc, trzustki, czy też serca.”

red. Tomasz Domagała
Portal Biotechnologia.pl