fbpx

Polki wynalazły sztuczną kość

2

Jest nietoksyczny, nie powoduje alergii i po kilku miesiącach przekształca się w prawdziwą kość. Niezwykły kompozyt, zwany sztuczną kością z Lublina, właśnie zaczęli testować ortopedzi i stomatolodzy.

O wszystkim zdecydował przypadek. Asystentka prof. Grażyny Ginalskiej, znanej w Lublinie biochemik, miała wyjątkowego pecha. Chciała zeskoczyć z łódki na pomost, ale źle oceniła odległość i z całym impetem uderzyła o krawędź pomostu. Jedna z desek wbiła jej się w nogę. Uraz był na tyle poważny, że dziewczyna trafiła do szpitala. Na zdjęciu rentgenowskim wyraźnie było widać, że kość jest zmiażdżona i brakuje w niej kilku fragmentów. Ortopedzi z lubelskiej kliniki zaczęli ją łatać, ale nie było to łatwe, bo dostępnym metodom regeneracji kości daleko do ideału.

O swoich problemach opowiedzieli pacjentce, a ona prof. Ginalskiej. Kilka tygodni później profesor spotkała się z ortopedami. – To było jak wyzwanie. Dostaliśmy konkretny, z życia wzięty problem do rozwiązania i trzeba było się nim zająć – wspomina prof. Grażyna Ginalska z Katedry i Zakładu Biochemii i Biotechnologii Uniwersytetu Medycznego w Lublinie.

Po sześciu latach badań powstał niezwykły kompozyt, który pod każdym względem wyróżniał się spośród innych tego typu materiałów. Podobny do ludzkiej kości, sprężysty, twardy i dający się łatwo formować. Wszczepiony do organizmu nie jest przez niego odrzucany i nie powoduje stanów zapalnych. Po kilku miesiącach przekształca się w kość. Szczegóły jego wytwarzania objęte są patentami: krajowym, przyznanym już kilka lat temu, oraz europejskim, który pani profesor wraz z zespołem otrzymała w połowie września. Dzięki tzw. sztucznej kości z Lublina już naprawiono zmiażdżone kości kilkunastu pacjentom.

Giętki, ale nie sypki

Ortopedom do lat marzą się lepsze niż dziś materiały do naprawiania kości. Chcą, by były twarde jak beton, ale plastyczne. Często stosowane tytanowe implanty są zbyt sztywne. Zdarza się więc, że przenoszą większą część obciążenia niż kość. Kość zaczyna zanikać, a to prowadzi do obluzowania implantu. Naukowcy pracują nad materiałem tytanowym o gąbczastej strukturze, podobnej do struktury kości. Taki porowaty implant byłby elastyczniejszy. Tkanka kostna łatwo wrastałaby w puste przestrzenie implantu, dzięki czemu kość lepiej niż dotychczas przylegałaby do niego. Ale to na razie przypuszczenia, bo zmodyfikowany tytanowy implant nie opuścił jeszcze laboratorium. Już dziś jednak wiadomo, że idealny nie będzie. Tytan nie jest bowiem naturalnym składnikiem kości. Pozostawiony w organizmie może więc z czasem powodować stan zapalny.

Inny często stosowany w regeneracji kości materiał – hydroksyapatyt, czyli odmiana fosforanu wapnia, jest zaś niewygodny w użyciu. Hydroksyapatyt ma jednak tę zaletę, że to naturalny składnik kości, doskonale przebadany i często stosowany w medycynie. – Wydawało się więc niemal oczywiste, że powinien stanowić istotny element kompozytu. Trzeba go było jednak tak zmodyfikować, by chirurgom łatwiej go było dopasować do kształtu ubytku. By był giętki, ale nie sypki – opowiada prof. Ginalska. Wraz ze swoją współpracownicą, dr Anną Belcarz, zaczęły szukać takiej substancji, która nadałaby hydroksyapatytowi wymarzone przez ortopedów właściwości. Wybór padł na kilka organicznych polimerów produkowanych przez grzyby i bakterie, nad którymi wcześniej pracowały.

Potrzebny był jeszcze sam hydroksyapatyt. Uczone z Lublina zaczęły szukać naukowców, którzy zajmują się w Polsce wytwarzaniem materiałów ceramicznych. Tak natrafiły na prof. Annę Ślósarczyk i mgr inż. Zofię Paszkiewicz z Katedry Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Rozpoczęły współpracę. Łączyły porowaty granulat hydroksyapatytowy o specyficznych cechach, opracowany przez uczone z AGH, z kilkoma polimerami organicznymi. Po serii prób stało się jasne, że oczekiwania ortopedów może spełnić polimer cukrowy, który też jest od dawna stosowany w medycynie. Związek ten pod wpływem wilgoci pęcznieje i staje się lepiszczem dla granulatu.

W 2009 r. powstał niezwykły biomateriał – elastyczny, sprężysty, łatwo poddający się obróbce, na przykład przycinaniu, który nie pęka podczas tych zabiegów. – Sama prof. Ślósarczyk, która od lat zajmuje się syntezą ceramiki hydroksyapatytowej, była zaskoczona właściwościami kompozytu powstałego z dwu składników – wspomina prof. Ginalska. I choć to ona jest najczęściej wymieniana jako wynalazczyni sztucznej kości, uczona zawsze podkreśla, że biomateriał powstał jako efekt olbrzymiej pracy czterech wyjątkowych kobiet.

Blisko medycyny

Nie był to pierwszy projekt na potrzeby medycyny, którym zajęła się prof. Ginalska. – W mojej rodzinie jest wielu lekarzy, od których słyszę o niedoskonałościach dostępnych dziś terapii – mówi prof. Ginalska. Chirurg naczyniowy z Rzeszowa, prywatnie szwagier pani profesor, opowiadał jej, jak ogromnym problemem są infekcje u pacjentów, którym wszczepia się m.in. sztuczne naczynia krwionośne. Spytał ją wtedy, czy nie dałoby się tak unieruchomić antybiotyków, by działały głównie w miejscach wszczepienia i zapobiegały zakażeniom bakteryjnym. Prof. Ginalska podjęła wyzwanie. Wraz z zespołem zmodyfikowała powierzchnie protez naczyń krwionośnych i cewników urologicznych tak, że były mniej niż dotychczas podatne na zasiedlanie przez bakterie. – Opublikowaliśmy kilka artykułów naukowych związanych z tym tematem i uzyskaliśmy cztery patenty – mówi nie bez satysfakcji.

Sztuczną kość chronią krajowe i międzynarodowe patenty

Niewiele brakowało, a sama zostałaby lekarzem. Biologią interesowała się bowiem od dziecka. – Mój ojciec był leśniczym i dzieciństwo spędziłam, poznając życie lasu i jego mieszkańców – opowiada. Biologią i chemią laboratoryjną zajmowała się też w bardzo dobrym liceum im. księcia Adama Jerzego Czartoryskiego w Puławach. „Tam nie było wykładów i pisania na tablicy. Każda osoba mogła sama wykonywać eksperymenty biologiczne i chemiczne, a to wciągało” – wspominała w jednym z wywiadów. Gdy przyszło do wyboru studiów, zastanawiała się, czy nie pójść na medycynę. Szybko uświadomiła sobie jednak, że przede wszystkim interesuje ją to, co się dzieje w komórkach. Wybrała więc biochemię na Uniwersytecie im. Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie.

Znajomość procesów zachodzących w komórkach i świetne kontakty z lekarzami pomogły jej w pracy nad sztuczną kością. Dotychczasowe badania już wykazały, że kompozyt stanowi doskonałe rusztowanie dla komórek organizmu, które chętnie się na nim „osiedlają”. – Nie jest odrzucany przez organizm. Staje się po prostu częścią kości – mówi prof. Ginalska. Nie jest to co prawda odbudowa szybka. Gdy ubytek jest mały, trwa pół roku; gdy większy, może to zająć nawet rok. Trwa to tak długo, bo kość potrzebuje czasu na regenerację. – Badania histologiczne wykazały też, że w miejscu wszczepienia kompozytu wytworzyły się naczynia krwionośne – mówi prof. Ginalska. Powstał więc fragment kości, którego nie sposób odróżnić od naturalnej.

Niezaprzeczalną zaletą kompozytu jest także to, że szybko chłonie roztwory wodne. Można więc go nasączyć antybiotykiem, co ochroni miejsce wszczepienia implantu przed infekcjami bakteryjnymi. Można też używać czynników wzrostu, które przyspieszą proces gojenia. Kompozyt nasączony roztworem soli fizjologicznej lub krwią staje się elastyczny i plastyczny. A taki łatwo jest kroić i idealnie dopasować do kształtu miejsca, które ma wypełnić.

Luki między odłamkami

Pozytywne wyniki testów prowadzonych najpierw w laboratorium, potem na zwierzętach pozwoliły na pierwsze eksperymentalne badania z udziałem ludzi. Biomateriał zastosowano najpierw u dwojga młodych ludzi po wypadku motocyklowym. Mieli połamane kości: udową, przedramienia i nadgarstka. Kiedy ortopedzi z Kliniki Chirurgii Urazowej i Medycyny Ratunkowej Uniwersytetu Medycznego w Lublinie poskładali kości kawałek po kawałku, okazało się, że brakuje kilku fragmentów i że czymś trzeba wypełnić luki między odłamkami połamanych kości. Umieścili więc tam kompozyt. Już po trzech miesiącach kości zaczęły się odbudowywać.

Ograniczenia te nie przeszkadzają jednak stomatologom, którzy zazwyczaj muszą wypełniać niewielkie ubytki kostne. – Jest wiele materiałów stosowanych do regeneracji kości, na przykład po usunięciu zęba, ale żaden nie jest doskonały. Każdy wypełnia kość jedynie w 40-60 proc. Pozostała część materiału znika, ulega rozkładowi – opowiada dr Małgorzata Kiernicka z Centrum Stomatologicznego New-Dent, która kompozyt wynaleziony w lubelskim laboratorium wszczepiła pięciu pacjentom.

Badania rozpoczęła na wiosnę, gdy dowiedziała się, że testy na zwierzętach wypadły pomyślnie. – Czekałam na ich wynik z dużym zainteresowaniem, bo o nowym materiale do regeneracji kości, który powstał na lubelskiej uczelni, dowiedziałam się już kilka lat temu i bacznie śledziłam jego losy – mówi dr Kiernicka. Teraz jej pacjenci są cały czas pod obserwacją. – Na razie wszystko jest w porządku. Wiadomo już także, że nowy materiał zachowuje się inaczej niż dotychczasowe – pęcznieje po wszczepieniu. Może to być cenną zaletą. Oznacza to bowiem, że kompozyt potrafi dostosować się do ścian kości i idealnie wypełnić miejsce w kości po usuniętym zębie – wyjaśnia dr Kiernicka.

Tych kilku pacjentów to jednak za mało, by biomateriał dostał certyfikat i był powszechnie stosowany w ortopedii czy stomatologii. Jak wszystkie leki i produkty medyczne wprowadzane do organizmu człowieka musi przejść rygorystyczne badania kliniczne, którym poddanych zostanie kilkudziesięciu pacjentów z urazami ortopedycznymi lub problemami stomatologicznymi. Zanim jednak takie testy się rozpoczną, potrzebne jest co najmniej 5 kg kompozytu wyprodukowanego już nie w zwykłym laboratorium, ale w ściśle określonych warunkach. Wytwórców kompozytu prof. Ginalska wciąż szuka. O pacjentów jest spokojna. Jak zapewniają ortopedzi i stomatolodzy, już jest wielu chętnych do przetestowania nowej metody.

Źródło: nauka.newsweek.pl

Dodaj komentarz