Unikátne biomateriály


Unikátne biomateriály

Regeneračná medicína predstavuje nový prístup k liečbe poškodených tkanív a orgánov. Pri procesoch sebaobnovy sa v tomto prípade využívajú bunkové a tkanivové kultúry vrátane kmeňových buniek. Biomateriály vyvíjané v Košiciach predstavujú pre pacientov s ochorením kostí a chrupky novú nádej na vyliečenie.

Začiatky regeneračnej medicíny siahajú do prvých rokov tohto storočia a v súčasnosti sa problematike venujú už stovky výskumných tímov z celého sveta. Zatiaľ sú výsledkom ich bádania implantáty, ktoré umožňujú vytvoriť v mieste defektu kĺbovej chrupky len chrupke podobné tkanivo.

Vedeckému tímu z Košíc, zloženému zo špičkových odborníkov, sa podarilo pomocou pórovitého biomateriálu stimulovať tvorbu kostného a chrupkového tkaniva.

Problémy s hojením

Keďže chrupkové tkanivo neobsahuje cievy ani nervové zakončenia, možnosti spontánneho hojenia defektov sú v tomto prípade obmedzené. V minulosti sa lekári a odborníci na poli regeneračnej medicíny domnievali, že chrupka sa vôbec neregeneruje. Pravdou je, že jej prirodzený regeneračný potenciál je veľmi nízky.

Na porovnanie, rezné rany na koži sa hoja priemerne sedem až desať dní, pričom čas zacelenia kožnej rany zväčša nepresahuje 48 hodín. Výsledkom hojenia je kožná jazva, ktorej kvalitatívne a morfologické vlastnosti sú podobné tkanivu zdravej kože. Chirurgickým zošitím takejto rany dokážeme zvýšiť kvalitu jazvy a skrátiť aj čas hojenia.

Spontánne hojenie defektu kĺbovej chrupky sa však pohybuje v časovom intervale 10 až 12 týždňov. Výsledkom hojenia je väzivová chrupka, ktorá je výrazne morfologicky i fyzikálne odlišná a menejcenná. Základnou požiadavkou a cieľom súčasných experimentov a klinických štúdií je zabezpečiť vznik čo najkvalitnejšieho regenerátu – novovytvorenej chrupky vypĺňajúcej defekt, ktorá by sa vlastnosťami čo najviac približovala hyalínnej kĺbovej chrupke. Implantácia biopolymérneho materiálu predstavuje jednu z liečebných metód sledujúcich tento cieľ.

Čo je chrupka?

Chrupka je špecializovaným druhom väzivového tkaniva, v ktorom medzibunková hmota nadobúda pevnú konzistenciu. Táto hmota zabezpečuje chrupke pružnosť, čím môže vzdorovať mechanickému namáhaniu bez trvalej deformácie. Hlavnou funkciou chrupky je podpora mäkkých tkanív. Jej pružnosť a hladký povrch tlmia nárazy a zároveň umožňuje kostiam v kĺboch hladký, kĺzavý pohyb. Chrupka je tiež dôležitá pre vývoj a rast dlhých kostí pred narodením jedinca a po ňom.

Chrupka sa skladá z buniek (chondrocytov – z gréckeho chondros, chrupka) a veľkého množstva medzibunkovej hmoty (matrix), obsahujúcej vlákna a základnú hmotu. Medzibunková hmota vzniká činnosťou chondrocytov umiestnených v jej dutinkách, ktoré sa nazývajú lakúny.

V dôsledku rôznych funkčných nárokov sa vyvinuli tri druhy chrupiek líšiacich sa skladbou medzibunkovej hmoty:

Hyalínna chrupka je najbežnejšou, nachádza sa na kĺbových plochách, hrtane a priedušnici, v základnej hmote obsahuje prevažne kolagén typu II. Kolagén typu II vytvára tenké fibrily (štrukturálna jednotka celulózy), ktoré sa však nespájajú do vláken, ako je to napríklad pri kolagéne typu I, ktorý sa nachádza v kostiach či v šľachách. Viac ohybná a rozťažiteľná je elastická chrupka, obsahujúca okrem kolagénu typu II aj väčšie množstvo elastických vláken (napríklad v ušnici). Väzivová chrupka sa vyskytuje na miestach s vysokými nárokmi na mechanickú odolnosť a záťaž, napríklad v medzistavcových platničkách. Vo všetkých troch typoch chrupiek chýbajú krvné a lymfatické cievy a inervácia.

Anatómia kolena, Ilustrácia Marcela Pekarčíková

Poškodenie a liečba

Traumatické defekty chrupky vo váhonosnej časti kolenného kĺbu patria k častým úrazom kolena. Tvoria približne 20 % všetkých úrazov kolena. Poväčšine ide o mladých, športovo založených pacientov. Moderná medicína hľadá také možnosti ošetrenia chrupky, ktoré predídu vzniku predčasnej artrózy.

Biopolymérne kompozity

Biopolyméry a ich kompozity sa využívajú v lekárskej praxi na rôznorodé aplikácie od jednoduchých nití, preparátov na ošetrovanie otvorených rán na koži až po komplikovanejšie systémy slúžiace na regeneráciu a rekonštrukciu mäkkých tkanív. Najčastejšie sa používajú prírodné biopolyméry rastlinného, živočíšneho alebo bakteriálneho pôvodu a tiež syntetické biopolyméry.

Významné využitie našli biopolymérne materiály pri rekonštrukcii kĺbových chrupiek. Biomateriály musia po implantácii zaistiť ďalšie vlastnosti (mechanickú citlivosť a odozvu pre deliace sa chondrocyty, umožniť agregáciu a množenie buniek potrebných na tvorbu novej chrupky, zabezpečiť dostatočnú priľnavosť a neskoršiu úplnú integráciu do okolitého pôvodného tkaniva). Do popredia sa dostávajú aj hydrogély a ich kompozity pripravované pomocou 3D tlače.

Ukážka keramických implantátov na báze hydroxyapatitu, mikroštruktúra mikropórovitej keramiky pozorovaná rastrovacou elektrónovou mikroskopiou (detail vľavo hore) a granulky s priemerom asi 1 mm (detail vpravo hore), foto Ľubomír Medvecký.

 

Spracoval: Vladimír Ješko, redakcia Quark

Foto: Ľubomír Medvecký

Ilustrácia: Marcela Pekarčíková

Ilustračné foto: Pixabay.com

Uverejnila: VČ

 

Viac o regeneračnej medicíne a o nových biomateráloch z Košíc, ako aj o iných zaujímavých témach, sa dočítate v časopise Quark (číslo 04/2018), ktorý nájdete v novinových stánkoch alebo si ho môžete predplatiť v elektronickej alebo papierovej verzii na www.quark.sk.

Súvisiace:

Hore
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2017
Publikácie Veda v CENTRE
Aurelium - centrum vedy
CVTI SR 80. výročie
QUARK
Prechod VK na VND
Noc výskumníkov 2018
TVT 2017 články
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Striebro s fluórom majú veľa podobných vlastností ako meď a kyslík.
Zistite viac