Tajomstvá tkanivového inžinierstva

28. máj. 2018 • Medicínske inžinierstvo

Tajomstvá tkanivového inžinierstva

Využívanie umelých náhrad pre ľudské telo je zamerané na zlepšenie kvality života miliónov pacientov. Cieľom je posilnenie funkčnosti živého tkaniva, resp. celého orgánu, ktoré by inak nebolo možné dosiahnuť. Dnešná doba prináša stále nové a nové riešenia získané kombináciou základného výskumu, pokrokov technologického rozvoja a medicíny, preto prirodzene vyústili do novej vedeckej oblasti, tkanivového inžinierstva.

„Interdisciplinárne výskumy kombinujúce znalosti z biomateriálov, tkanivového inžinierstva a spôsobov cieleného lokálneho dávkovania liečiv podmienili intenzívny vývoj moderných implantátov a postupov regenerácie tkanív. Nové materiály, ktoré sa pre tieto účely vyvíjajú, sú preto navrhované takým spôsobom, aby boli s ľudským telom čo najviac kompatibilné a netvorili len izolované ´bioinertné´ súčasti,“ uvádza doc. Ing. Marián Janek, PhD., vedúci Oddelenia anorganických materiálov Fakulty chemickej a potravinárskej technológie Slovenskej technickej univerzity v Bratislave.

Dnes sa ako náhrady používajú implantáty zamerané na regeneráciu tvrdých tkanív, implantáty na regeneráciu mäkkých tkanív, ale aj špeciálne implantáty vylučujúce liečivá a stimulujúce látky. Odborník vysvetľuje, že tvrdé tkanivá reprezentujú najčastejšie náhrady kĺbov, kostí, zubov a chrupaviek. „Mäkké tkanivá reprezentujú najčastejšie náhrady kože, ciev a kardiovaskulárnych tkanív poškodených napr. popáleninami, pomliaždeninami porezaním a infarktom myokardu. Tieto zahŕňajú aj postupy rekonštrukcie nekrotických tkanív spôsobené sekundárnymi komplikáciami pri cukrovke a náhrady tkanív postihnutých onkologickými ochoreniami (cievy, kosti).“

Oddelenia anorganických materiálov a plastov, kaučuku a vlákien Fakulty chemickej a potravinárskej technológie STU v Bratislave riešia v súčasnosti projekt podporený APVV zameraný na náhradu tvrdých kostných tkanív s využitím nových formovacích technológií materiálov s použitím 3D tlače.

Na nasledujúcom obrázku (1) sú znázornené časti ľudského tela so vyobrazenými náhradami mäkkých a tvrdých tkanív.

časti ľudského tela so vyobrazenými náhradami mäkkých a tvrdých tkanív.Doc. Ing. Marián Janek, PhD. približuje, že náhradné tkanivá a implantáty sa dnes vyrábajú z materiálov, ktoré sa v maximálnej miere snažia mimikovať vlastnosti pôvodného tkaniva. Liečebné postupy však podľa neho zahŕňajú aj aktívnu stimuláciu telesných tkanív a telového prostredia na stimuláciu regenerácie a rekonštrukcie poškodeného tkaniva. Na tento účel sa používajú biogenetické aditíva ako morfogenetické proteíny a kmeňové bunky, ktoré stimulujú špecifickú bunkovú odozvu na nanorozmerovej a bunkovej úrovni, a to pri aktivácii buniek po ich kontakte s použitými biomateriálmi.

„Pri náhradách tvrdých tkanív sa podľa požadovaných vlastností náhrad využívajú materiály s porovnateľnými pevnostnými vlastnosťami. Napríklad pri náhradách bedrových kĺbov sa používajú vysoko pevné materiály ako zliatiny titánu, kombinované s keramickými hlavicami femuru s vysokou oteruvzdornosťou na báze ZrO2 alebo Si3N4. Pre regeneráciu kostných tkanív sa využívajú aj biokompatibilné náhrady s vlastnosťami podobnými ako u zdravých kostí na báze hydroxyapatitu, umožňujúce dobrú adhéziu kostných buniek, ich rozmnožovanie a potrebnú diverzifikáciu. Rozšírené sú aj zubné náhrady z keramických a sklokeramických materiálov s vysokou estetickou hodnotou.“

Pri náhradách mäkkých tkanív sa využívajú biokompatibilné a biodegradovateľné prírodné polyméry a hydrogély ako kyselina hyalurónová, kolagén, chitosan, alginát a pod. Použiteľné sú aj syntetické polyméry ako polymér kyseliny mliečnej, polykaprolaktón a polypropylénfumarát. Pri myokardiálnej regenerácii tkanív sa využívajú aj spontánne usporiadateľné peptidy tvoriace stabilný hydrogél alebo pružné nanovlákna. Aplikáciu týchto biomateriálov možno realizovať ako implantovateľné makroporézne tkanivá, implantovateľné hydrogélové vrstvy a injektovateľné hydrogély. Uvedené materiály možno veľmi dobre kombinovať sliečivami, napr. antibiotikami, protizápalovými liečivami a dokonca s nanočasticami obsahujúcimi DNA, príp. RNA, ktoré stimulujú špecializáciu použitých mezenchymálnych kmeňových buniek.

Dôležité sú tiež vlastnosti, ktoré musia dané materiály mať. „Pri posúdení vhodnosti materiálu na jeho využitie ako náhradného tkaniva je potrebné overiť celý rad nárokov a požiadaviek na daný materiál. Okrem jeho mechanických vlastností, toxicity a biokompatibility je dôležitým faktorom možnosť tvorby poréznych štruktúr s porozitou podobnou reálnym tkanivám a schopnosť tvorby kompatibilných štruktúr s organizmom. Materiál nesmie spôsobovať zápal tkaniva a byť cytotoxický. Musí umožniť úpravu jeho povrchu tak, aby vykazoval dobrú adhéziu živých buniek, ich vysokú životaschopnosť vrátane priaznivých podmienok pre ich rast a diverzifikáciu. V ideálnom prípade materiál umožňuje prípravu rôzne tvarovateľných náhrad tkaniva v podobe celistvých častí, ale využiteľné sú aj granuly alebo mikročastice,“ vysvetľuje doc. Ing. Marián Janek, PhD.

Odborník uvádza, že pri aplikácii umelej náhrady pacientovi je cieľom zabezpečiť pokiaľ možno úplnú rekonštrukciu poškodeného tkaniva, resp. čo najdlhšiu funkčnosť použitej náhrady, a tým aj minimalizáciu invazívnych zákrokov, napr. pri vynútenej ďalšej rekonštrukcii spôsobenej prípadným opotrebovaním materiálu. „Pretože sa jedná o zlepšenie kvality života pacienta, je snahou vyvíjať také náhrady, ktoré nevyžadujú výmenu a ich aplikácia môže počítať s doživotnou funkčnosťou.“

Ako príklad je na nasledujúcom obrázku (2) znázornený detail implantátu bedrového kĺbu z knihy Ben-Nissan Besima (Advances in Calcium Phosphate Biomaterials, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014, s 48.), ktorý ukazuje síce určitý stupeň opotrebovania avšak stále zachovanú funkčnosť bedrového kĺbu po 28 rokoch od implantácie.

detail implantátu bedrového kĺbu z knihy Ben-Nissan Besima (Advances in Calcium Phosphate Biomaterials, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014, s 48.), ktorý ukazuje síce určitý stupeň opotrebovania avšak stále zachovanú funkčnosť bedrového kĺbu po 28 rokoch od implantácie 

 

Odborný garant textu: doc. Ing. Marián Janek, PhD., vedúci Oddelenia anorganických materiálov (Fakulta chemickej a potravinárskej technológie Slovenskej technickej univerzity v Bratislave)

Fotografie poskytol: doc. Ing. Marián Janek, PhD.

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Ilustračné foto: Pixabay.com /Taokinesis/

Uverejnila: VČ

Súvisiace:

Hore
Vedec roka 2018
QUARK
Prechod VK na VND - leto
fotografická súťaž TVT 2019
Noc výskumníkov 2019
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2018
Publikácie Veda v CENTRE
Aurelium - centrum vedy
TVT 2018 články
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
História rodiny Oponiovcov – Apponyi sa začala datovať od roku 1395.
Zistite viac