„Nanowłókna, czyli materiał przyszłości” – felieton

Postępy inżynierii biomedycznej sprawiły, że nie dziwią nas już różne urządzenia techniczne, wszczepiane do ciała chorego człowieka dla zastąpienia elementów, które zostały uszkodzone w wypadku lub zużyły się w trakcie normalnej eksploatacji organizmu. W końcu żyjemy coraz dłużej, a nasze tkanki i narządy formowały się u całych pokoleń ludzi znacznie krócej funkcjonujących. Dlatego coraz częściej słyszymy o wymianie stawów biodrowych na sztuczne elementy u wielu ludzi mających trudności z chodzeniem, ortopedzi odważają się na wymianę na element biomechaniczny stawu kolanowego (znacznie bardziej złożonego niż biodrowy), kardiolodzy wstawiają ludziom sztuczne zastawki serca, naczynia krwionośne udrożniają sprężyste stenty, wszywane są sztuczne ścięgna i więzadła...

Można by długo wyliczać, bo Inżynieria Biomedyczna bardzo szybko się rozwija!

Natomiast kierunkiem najbardziej obiecujących prac w zakresie nowych tworzyw dla Inżynierii Biomedycznej są tak zwane skafoldy – struktury formowane z tworzyw sztucznych w taki sposób, by naturalne żywe komórki ciała leczonego człowieka zechciały je zasiedlać, odbudowując utracone tkanki. 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.

Natomiast obecnie rozwija się technika tworzenia skafoldów z nanowłókien. Są sztucznie wytwarzane milion razy cieńsze od ludzkiego włosa - ich grubość wynosi poniżej jednego mikrona czyli od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów). Wykonane są z polimerów - cząsteczek, które można porównać do sznura z milionem pereł. Powierzchnia takich nanowłóknistych materiałów jest bardzo duża w stosunku do ich masy czy objętości. Nanowłókna używane są w medycynie mniej więcej od dekady, m.in. jako składnik opatrunków i bandaży, a nawet jako jedną z warstw sztucznych naczyń krwionośnych.

W przyszłości nanowłókna będzie można wykorzystać jako skafoldy w leczeniu ubytków kości. Nanowłókna produkowane są w procesie elektroprzędzenia, w ramach którego do roztworu polimeru przykładane jest wysokie napięcie elektryczne. Badaniami nanowłókien zajmuje się między innymi prof. dr hab. inż. Urszula Stachewicz z AGH. Formuje ona na bazie nanowłókien włóknista maty, na których chętnie osadzają się, rosną i namnażają komórki kostne. Takie zasiedlone przez komórki maty z nanowłókien są rozmnażane w specjalnych laboratoryjnych hodowlach gdzie muszą być dokarmiane głównie pożywkami i aminokwasami. Proces ich rozwoju jest śledzony przez mikroskopię trójwymiarową - połączenie mikroskopu skaningowego z działem jonowym.

Z mat odpowiednio nasyconych już rozwiniętymi komórkami pacjenta, który ma otrzymać taki wszczep, można wykroić „łatkę”, która umieszczona w miejscu ubytku kostnego pozwoli na odbudowę zdrowej kości. Do tego oczywiście konieczny jest zabieg chirurgiczny. Ale tylko jeden, bo skafoldu nie trzeba będzie usuwać. Po spełnieniu swego zadania nanowłókna rozpuszczą się i będą z organizmu wydalane.

Ponieważ do zasiedlania skafoldu użyte zostały własne komórki pacjenta, który ma taką „łatkę” otrzymać – praktycznie nie istnieje ryzyko odrzucenia przeszczepu.

Naukowo sprawa jest już bardzo zaawansowana, natomiast konieczne są badania – najpierw na zwierzętach a potem na wybranych pacjentach zanim ta nowa metoda terapii zostanie dopuszczona do powszechnego użytkowania w medycynie. To może trwać nawet 10 lat. Trzeba także przekonać koncerny farmaceutyczne, żeby zaczęły produkować odpowiednie skafoldy z nanowłókien.

Ale droga już została wytyczona!

Skrócona wersja powyższego felietonu autorstwa prof. Ryszarda Tadeusiewicza została opublikowana w „Dzienniku Polskim” oraz „Gazecie Krakowskiej” 15.3.2024 r.

Wykaz wszystkich publikacji popularnonaukowych prof. Tadeusiewicza wraz z odnośnikami do ich pełnych wersji