Czy do remontu serca potrzeba rusztowania?

Kontynuuję serię felietonów poświęconych inżynierii biomedycznej, której nauczam na AGH w Krakowie. Była już mowa o metodach elektronicznych (rejestracji i analizie potencjałów elektrycznych mózgu) – dzisiaj natomiast chcę wspomnieć o roli inżynierii materiałowej w zakresie tzw. materiałów biozgodnych.

Wszyscy wiedzą, że gdy remontuje się dom, to najpierw trzeba postawić rusztowanie. Ale gdy remontujemy serce? Albo kości?

A jednak okazuje się, że także i przy tych przywracających zdrowie remontach rusztowania są przydatne. Ale oczywiście rusztowania bardzo specjalnego rodzaju!

Przyjrzyjmy się najpierw, o jakich remontach mówimy?

Otóż upraszczając bardzo rozważane zagadnienie możemy stwierdzić, że współczesna chirurgia działa tak, jak właściciel domu, który niszczejącą posesję naprawia metodą wyburzania. Chwieje się balkon? Obciąć go! Przecieka dach? Zburzyć zamokniętą część domu!

Oczywiście wiem o transplantacjach, ale stosuje się je rzadko i przypominają one działania remontowe polegające na tym, żeby w miejsce zburzonego pawilonu przywieźć i postawić cały gotowy domek.

Tymczasem chciałoby się coś naprawić, załatać dziurę, wzmocnić słabe punkty – przywrócić stan pierwotny kielnią i pędzlem, bez użycia dynamitu. W budownictwie tak się robi nagminnie, a obecnie zaczyna się to robić także w medycynie.

Jest cały dział techniki nazywany inżynierią tkankową, który zmierza do tego, żeby w miejsce uszkodzonych i chirurgicznie usuniętych fragmentów narządów i tkanek odtworzyć w pełni funkcjonalne fragmenty wytworzone sztucznie, ale przyjęte przez organizm jak własne.

Ogólnie wiadomo, że z organizmu człowieka można pobrać różne komórki, które potem hoduje się i rozmnaża w bioreaktorach, żywiąc je i pobudzając do mnożenia się (tzw. proliferacji) odpowiednimi substancjami. W ten sposób po pewnym czasie możemy mieć dowolnie dużo komórek pochodzących z potrzebującego „łatki” narządu – tylko jak je wstawić do ubytku w okaleczonej kości czy do innego narządu?

I tu właśnie znajdują zastosowanie nowe wytwory inżynierii materiałowej, tak zwane skafoldy (od angielskiego słowa scaffold oznaczającego rusztowanie). Są to zaawansowane produkty, które tworzą mikroskopijną strukturę podobną do przestrzennej siatki włókien czy połączonych płaszczyzn, w której są miejsce do „zasiedlenia” przez rozmnożone uprzednio komórki. Taki konglomerat sztucznych skafoldów i naturalnych tkanek można uformować w „łatkę” dowolnego kształtu i wszczepić do potrzebującego naprawy narządu, a komórki z „łatki” zaczną współpracę z komórkami „łatanego” narządu, zrosną się z nimi i pomogą w odbudowie funkcji całego narządu.

Ale kto rozbierze i usunie rusztowanie?

Nikt, bo skafoldy są zazwyczaj biodegradowalne, czyli gdy spełnią swoją rolę – są rozpuszczane i usuwane z organizmu!

Skafoldy robi się obecnie z różnych tworzyw. W użyciu są matryce hydrożelowe, mikrowłókna z różnych polimerów, nanomateriały węglowe (nanorurki i grafen), materiały ceramiczne (hydroksyapatyty), skafoldy chitosanowe otrzymywane z małży i krabów i wiele innych. A to dopiero początek!