Polskie bioimplanty uratują twarze operowanych

Naukowcy, w konsorcjum koordynowanym przez Politechnikę Warszawską, pracują nad metodą leczenia onkologicznego, w którym wykorzystane zostaną komórki macierzyste pacjenta oraz czynniki indukujące wzrost tkanki kostnej i naczyń krwionośnych. Serwis Nauka w Polsce rozmawia z kierownikiem projektu dr hab. inż. Wojciechem Święszkowskim z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej.

Projektowanie rozwiązań „szytych na miarę pacjenta” w projekcie „Bioimplanty dla potrzeb leczenia ubytków tkanki kostnej u chorych onkologicznych” wspomogą systemy komputerowe. Dzięki wartemu 32 mln złotych grantowi z Unii Europejskiej pierwsze zabiegi operacyjne z użyciem polskiego bioimplantu będą mogły odbyć się w Centrum Onkologii – Instytucie im. Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie za około 3 lata.

Jak szacuje kierownik projektu, rocznie około 1500 pacjentów w Polsce wymaga rekonstrukcji ubytków twarzoczaszki, w szczególności żuchwy, w trakcie leczenia choroby nowotworowej. W tej chwili jest to realizowane poprzez przeszczepianie fragmentów kości z różnych okolic ciała pacjenta, np. kości strzałkowej. Nie są to jednak w pełni skuteczne zabiegi ze względu na możliwość ciężkich powikłań i okaleczenia miejsc, z których pobierana jest kość. Dlatego konieczne było poszukiwanie nowych metod leczenia. Taką potrzebę zgłosił współautor projektu - dr Janusz Jaworowski z Centrum Onkologii.

„Nasz wspólny projekt ma zaowocować opracowaniem nowatorskiej metody leczenia, uwzględniającej możliwości inżynierii tkankowej. Oznacza to, że wspomagamy pacjenta w regeneracji jego własnych tkanek, podając mu materiał syntetyczny stanowiący szkielet tkanki oraz komórki macierzyste pobierane z tkanki tłuszczowej. Mają one zdolność formowania nowej tkanki w środowisku, jakie stworzy implant” – tłumaczy dr hab. Święszkowski.

Nowatorstwo tego rozwiązania to przede wszystkim zastosowanie metody, która pozwala na trójwymiarowe odwzorowanie ubytku. Inżynierowie opracowują metody sterowania komputerowego, które pozwolą wytwarzać „rusztowanie” dostosowane do danego pacjenta. Takie „rusztowanie” pozwoli organizmowi, by sam odbudował utraconą kość.

„Nazywamy to bioimplantem, ponieważ rozwiązanie to łączy materiał biologiczny (ludzkie komórki macierzyste) z materiałem syntetycznym. Bioimplant jest czasowym implantem na czas regeneracji tkanki - około kilku miesięcy. Po tym okresie bioimplant powinien +zniknąć+ z miejsca ubytku. Aby to osiągnąć, stosujemy zaawansowane materiały, które mają zdolność hydrolizy, czyli rozpuszczania się w organizmie człowieka w kontrolowanym czasie” – mówi dr hab. Święszkowski.

Uczeni zakładają, że bioimplant nie zostanie odrzucony przez organizm ludzki, ponieważ będzie zbudowany z najnowocześniejszych materiałów oraz modyfikowanych własnych komórek chorego. Ponadto, aby zapobiec tego rodzaju problemom, przyjęli zasadę, że pracują tylko z materiałami już dopuszczonymi do stosowania w organizmie człowieka. Są one akceptowalne przez nasz organizm, a co więcej są bioaktywne – aktywnie współpracują z tkankami i komórkami. Z podobnych materiałów wykonywane są niektóre powszechnie stosowane szwy chirurgiczne, których nie trzeba usuwać.

Jak podkreśla dr hab. Święszkowski, jest to podobna idea, tylko proces wytwarzania trójwymiarowej struktury o zadanej porowatości i odpowiednich właściwościach mechanicznych, jest dużo bardziej skomplikowany. Taka struktura musi pozwalać na adhezję komórek. Oznacza to, że implant musi być tak „przyjazny” dla komórek, aby potrafiły one „przykleić się” do tego materiału. Kiedy już to nastąpi, muszą kontaktować się ze sobą na stworzonym materiale, jak również zachować zdolność podziału i właściwego różnicowania się.

„Bo pamiętajmy, że dostarczamy w miejsce ubytku komórki macierzyste, które mogą różnicować się w różne typy komórek, a nam chodzi o to, żeby one tworzyły tkankę kostną, a nie – tkankę nowotworową. Musimy odpowiednio dobrać materiał, aby sterować tym procesem i zachować nad nim pełną kontrolę” – zaznacza inżynier.

A jak sprawić, by odtworzona tkanka rozrosła się i wzmocniła? Istotnym elementem, jaki uczeni dostarczą wraz z bioimplantem, będą czynniki wzrostu – najczęściej białka, które są produkowane w organizmie człowieka i wspomagają formowanie się tkanek. W obszarze ubytku tych czynników jest niedostateczna ilość. U chorych onkologicznych, gdzie procesy gojenia są opóźnione poprzez ciężką chemioterapię czy radioterapię, szczególnie ważne jest, by wspomóc naturalne formowanie się tkanki przez dostarczone w implancie czynniki wzrostu.

W przyszłości operacja wszczepienia bioimplantu odbędzie się w tym samym czasie, co wycięcie guza nowotworowego, aby uniknąć dodatkowych operacji rekonstrukcyjnych. Jednak, jak stwierdza dr hab. Święszkowski, leczenie onkologiczne (radio- lub chemioterapia) wpłynie negatywnie na komórki, które zostaną dostarczone razem z implantem. Ze względu na te problemy na wstępnym etapie badań naukowcy starają się dobierać takich pacjentów, u których proces leczenia choroby nowotworowej został zakończony.

Metoda niesie nadzieję na leczenie ubytków kostnych również poza obrębem twarzoczaszki, ale na początku przeznaczona jest tylko dla pacjentów z nowotworami w tym właśnie obszarze. Rozwijane w Polsce technologie inżynierskie związane są z możliwością rekonstrukcji tkanki kostnej również w obrębie innych kości długich, gdzie istnieje problem naprawy ubytków przekraczających kilka centymetrów.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

agt/bsz