Położy się szpachlówkę i nic nie będzie widać”. To zdanie-koszmar wszystkich, którzy rozglądają się za używanym autem, a zarazem mantra majsterkowiczów, którym wiertarka „uciekła” podczas wiercenia w betonowej wielkiej płycie. W obydwu przypadkach szpachlówka to materiał, który ma wypełnić ubytek. A co jeśli szpachlówka miałaby stanowić rusztowanie, na którym ściana czy blacha samochodu po prostu sama by się odbudowała?
Taka idea przyświecała naukowcom z Uniwersytetu Jagiellońskiego (UJ), kiedy zabierali się do opracowania wynalazku – stworzenia „szpachlówki”, która będzie rusztowaniem dla obudowującej się kości (na samonaprawiające się betony albo blachy samochodowe przyjdzie nam poczekać).
– Chodziło o stworzenie materiału w formie wstrzykiwalnej, łatwej do wprowadzenia w dowolny ubytek tkanki w organizmie w postaci lepkiej cieczy, która zestali się w miejscu podania, tworząc rusztowanie umożliwiające namnażanie komórek i odbudowę tkanki – tłumaczy dr hab. Joanna Lewandowska-Łańcucka z UJ.
Krzemowa galaretka
Opracowaną przez małopolskich badaczy „szpachlówką” jest hydrożel – materiał, z którym zetknął się każdy, kto jadł galaretkę owocową. Hydrożel w największym skrócie można opisać jako więzienie dla wody, którego ściany wykonane są z polimerów, cząstek o bardzo długich łańcuchach powtarzających się elementów. Dzięki takiej strukturze hydrożel – czy znów odnosząc się do wspomnień z dzieciństwa: galaretka – zachowuje kształt, chociaż jest podatny na ściskanie.
Hydrożel z UJ nie jest jednak „zwyczajny”, to hydrożel z dodatkami, w tym wypadku – cząstkami krzemionki, mikroskopijnymi kuleczkami zbudowanymi z dwutlenku krzemu. Do czego służy ten dodatek? – Jeśli chcemy zajmować się ubytkami, to potrzebujemy czegoś więcej niż sam hydrożel, a krzemionka pobudza tworzenie apatytu, czyli nieorganicznego składnika kości – tym samym wpływając na ich odnowę – mówi badaczka z UJ.
Po wstrzyknięciu w miejsce ubytku hydrożel sam się nie zestali. Trzeba dodać czynnik sieciujący, swego rodzaju zagęszczacz. Tak powstałą szpachlówkę-galaretkę zaczną zasiedlać komórki, które odpowiadają za regenerację kości, czyli osteoblasty. Kość będzie narastać stopniowo na rusztowaniu, które zapewnia wchodzący w skład hydrożelu polimer. Docelowo organizm powinien rozpuścić hydrożel bez skutków ubocznych, bo składa się on wyłącznie ze komponentów, które nie szkodzą (naukowcy mówią, że jest biokompatybilny).
Dodatki trzeba wybrać
Tak wyglądało to przynajmniej w laboratorium w badaniach in vitro na specjalnych liniach komórkowych. Ponieważ wyniki były zachęcające, naukowcy poszli o krok dalej, czyli do badań zaprosili myszy. I chociaż było to zaproszenie, któremu gryzonie odmówić nie mogły, naukowcy nie posunęli się do celowego ubytkowania ich kości. – Raczej chcieliśmy się przekonać, jak hydrożel zachowuje się w żywym organizmie. Wstrzykiwaliśmy więc myszom niewielkie ilości materiału pod skórę – mówi dr hab. Lewandowska–Łańcucka. Efekty były bardziej niż zadowalające – hydrożel zestalał się tak, jak oczekiwali tego naukowcy i nie wykazał żadnej toksyczności.
Skoro hydrożel można wzbogacać o różne elementy – w tym wypadku o krzemionkę – to czy nie można byłoby od razu wzbogacić go o apatyt i w ten sposób wyeliminować pośrednika? Jak się okazuje, nie bardzo. – Każdy taki dodatek musi być związany chemicznie z matrycą, owym polimerowym rusztowaniem. Jeśli nie jest, to po prostu dojdzie do jego wycieku: nie zwiąże się z resztą rusztowania – wyjaśnia dr hab. Lewandowska-Łańcucka. Sukces badaczy z UJ polega również na tym, że udało im się związać krzemionkę z polimerem w hydrożelu w sposób, który zapobiegnie wyciekowi.
Nie każdy taki dodatek także się opłaca. Można sobie przecież wyobrazić, że hydrożel zostanie wzbogacony o jedno z białek, które pobudza odbudowę kości. – Są takie białka, ale ich pozyskiwanie jest bardzo drogie, a nam udało się opracować materiał, który jest niezwykle konkurencyjny kosztowo – mówi badaczka z UJ. Gdzie mógłby znaleźć zastosowanie? W przypadku niewielkich ubytków, a więc spowodowanych osteoporozą, a także w leczeniu stomatologicznym – kości pod wyrwanymi zębami mają tendencje do zanikania; potencjalnym polem do zastosowań jest również leczenie paradontozy. – Naukowcy z całego świata pracują nad stworzeniem biodegradowalnego materiału, który zapewniłby podłoże dla zasiedlenia przez komórki kościotwórcze i przyspieszałby proces mineralizacji powstałej tkanki. Nasz materiał w tym wyścigu stanowi bardzo ciekawą ofertę – przekonuje dr hab. Lewandowska-Łańcucka. ©℗
Eureka! DGP
Trwa ósma edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 18 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na specjalnej gali 23 czerwca, zaś podsumowanie tegorocznego cyklu ukaże się 25 czerwca w Magazynie DGP. Główną nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora