Nowoczesne materiały dla nowoczesnej medycyny
Materiałoznawcy nieustanie pracują nad nowymi materiałami łączącymi inżynierię materiałową z nowoczesną medycyną. Uzyskane w wyniku prac badawczych materiały mogą posłużyć do opracowania specjalistycznych włóknin antybakteryjnych do zastosowań medycznych, a także do druku przestrzennego mogącego znaleźć zastosowanie w implantologii.
Decyzją Urzędu Patentowego RP z 27 marca 2017 roku ochroną patentową został objęty wynalazek, którego przedmiotem są modyfikowane włókna na bazie polimerów syntetycznych i/lub naturalnych oraz sposób ich otrzymywania. Uzyskane w wyniku prac badawczych materiały mogą posłużyć do opracowania specjalistycznych włóknin antybakteryjnych do zastosowań medycznych. Twórcami wynalazku są naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego: dr Andrzej Swinarew, dr inż. Sylwia Golba, mgr Tomasz Flak, mgr Jadwiga Gabor, mgr Marta Łężniak, a także z Politechniki Łódzkiej: dr hab. inż. prof. PŁ Piotr Kulpiński, mgr inż. Aleksandra Erdman oraz inż. Bogdan Pęczek.
To nie jedyne badania mogące połączyć inżynierię materiałową z nowoczesną medycyną. Obecnie zespół dr. Andrzeja Swinarewa, w składzie: mgr Tomasz Flak, mgr Jadwiga Gabor, mgr Marta Łężniak, dr Hubert Okła oraz mgr Klaudia Kubik, prowadzi prace nad nowymi materiałami przeznaczonymi do druku przestrzennego głównie na rynek medyczny. Projektowane materiały są nietoksyczne, odporne na uszkodzenia i działanie promieni ultrafioletowych, mogą być wielokrotnie używane, a ich proces produkcyjny jest tani. Zbudowana z nich aparatura medyczna może być wykorzystana w diagnostyce chorób nowotworowych, a wytworzone z nich sztuczne tkanki, narządy bądź protezy znajdą zastosowanie w implantologii.
Jednym z narzędzi wydrukowanych przy użyciu nowego materiału jest specjalny uchwyt wykorzystywany w diagnozowaniu chorób nowotworowych górnych dróg oddechowych na podstawie analizy wydychanego przez pacjenta powietrza.
– Analitycy medyczni mogą wyizolować związki świadczące o obecności komórek nowotworowych w wydychanym przez nas powietrzu, jeśli w organizmie człowieka zaszły jakiekolwiek zmiany o charakterze nowotworowym. Uchwyt wykonany z naszego materiału służy do pobierania próbek wydychanego przez pacjenta powietrza, które następnie będą analizowane pod kątem obecności śladów potencjalnych zmian nowotworowych. Co ważne, możemy je wykryć we wczesnej fazie choroby, co zwiększa skuteczność zastosowanych metod leczniczych. Dzięki temu znamy również typ nowotworu, stopień zaawansowania choroby oraz miejsce, w którym niepożądane zmiany są zlokalizowane – komentuje dr Andrzej Swinarew.
Materiał, z którego wykonany został uchwyt, jest bakteriostatyczny. Oznacza to m.in., że wykonana z niego aparatura medyczna nie będzie wymagała częstej sterylizacji, ponieważ na jej powierzchni nie dojdzie do wzrostu mikroorganizmów.
Jak wyjaśnia dr Andrzej Swinarew, istnieje również możliwość modyfikacji właściwości otrzymanych materiałów w zależności od sposobu ich wykorzystania. – Wiemy, że opatentowane materiały wykazują biozgodność, co oznacza, że mogą być bezpiecznie wprowadzone do organizmu człowieka. W związku z tym rozpoczęliśmy badania właściwości wydrukowanych z naszych materiałów sztucznych tkanek, narządów oraz protez – dodaje.
Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego opracowali m.in. materiał, którego struktura jest zbliżona do tkanki kostnej człowieka – zgodne są parametry gęstości oraz odporności mechanicznej. Otrzymali również sztuczny odpowiednik ludzkiej chrząstki, który znajdzie zastosowanie w leczeniu osób będących po zabiegu całkowitego lub częściowego usunięcia krtani. – Jest to materiał utworzony na bazie związków przeciwzapalnych o powierzchni, która umożliwi późniejszy wzrost komórek własnych człowieka – mówi naukowiec.
Najpierw należy wydrukować przy pomocy drukarki 3D model krtani będący nieco cieńszym odpowiednikiem narządu, który będzie rekonstruowany. Następnie lekarze pobierają fragment naturalnej chrząstki pacjenta, aby wprowadzić ją do organizmu razem z implantem. – Osoby po zabiegu laryngektomii mają zazwyczaj pozostawiony niewielki fragment tej części układu oddechowego. Aby zatem dodatkowo go nie obciążać, pobierany jest fragment przegrody nosowej. Udowodniliśmy zgodność struktury chrząstki będącej budulcem krtani człowieka oraz tkanki chrząstnej nosa – wyjaśnia dr Andrzej Swinarew.
Pobrany naturalny materiał pozwala wyhodować komórki macierzyste na powierzchni sztucznego modelu krtani, a następnie zostaje wprowadzony do organizmu pacjenta. Jeśli zabieg laryngektomii był częściowy, model krtani można będzie poddać dodatkowo procesowi karbonizacji. Jak wyjaśnia naukowiec, komórki w wyniku angiogenezy, czyli procesu tworzenia się naczyń włosowatych, będą sukcesywnie absorbować węgiel zawarty w implancie. Po kilku latach sztuczna konstrukcja zostanie całkowicie wchłonięta, a w ciele pacjenta pozostanie jedynie jego naturalna chrząstka. Jeśli w wyniku choroby nowotworowej zbyt duża część krtani została usunięta, wówczas implant zostanie zbudowany z materiału o zmodyfikowanych właściwościach, a ten pozostanie w organizmie człowieka na stałe.
Badania nad implantami krtani prowadzone są przez zespół dr. Andrzeja Swinarewa we współpracy z prof. dr. hab. n. med. Janem Pilchem oraz dr. Jarosławem Paluchem z Samodzielnego Publicznego Szpitala Klinicznego im. Andrzeja Mielęckiego w Katowicach.
Badania nad nowoczesnymi materiałami polimerowymi na Uniwersytecie Śląskim rozpoczął śp. prof. zw. dr hab. inż. Andrzej Stolarzewicz.
Małgorzata Kłoskowicz
