Nowa generacja skafoldów na bazie kurdlanu i izolatu białka serwatkowego otrzymywanych metodą elektroprzędzenia do leczenia defektów chrzęstnych, kostnych i chrzęstno-kostnych

Skuteczne leczenie ubytków chrząstki, kości i ubytków osteochondralnych — nowy kierunek badań Skuteczne leczenie ubytków chrząstki, kości i ubytków osteochondralnych nadal stanowi wyzwanie dla współczesnej medycyny. Ubytki te są wynikiem urazów, wypadków komunikacyjnych lub istniejących chorób, a ich częstotliwość wzrasta wraz z wiekiem pacjenta. Chociaż auto- lub alloprzeszczepy są uważane za złoty standard w leczeniu tych ubytków, mają wiele wad, które ograniczają ich zastosowanie. Aby przezwyciężyć ograniczenia związane z tradycyjnymi metodami leczenia, coraz częściej stosuje się produkty inżynierii tkankowej (TEP). To nowoczesne podejście obejmuje zastosowanie sztucznego rusztowania, najczęściej w połączeniu z bioaktywnymi cząsteczkami (np. czynnikami wzrostu) i komórkami. Niestety, dotychczas nie udało się opracować biomateriałów spełniających wszystkie wymagania, a mianowicie rusztowań, które są jednocześnie biomimetyczne, porowate, mechanicznie stabilne oraz sprzyjają odpowiedzi komórkowej i regeneracji otaczających tkanek. Dlatego istnieje potrzeba pracy nad nowymi biomateriałami, które będą miały ulepszone właściwości w stosunku do istniejących i w większym stopniu zapewnią regenerację wspomnianych tkanek. Niniejszy projekt jest zatem próbą odpowiedzi na te potrzeby i ma na celu opracowanie nowej generacji biomateriałów bazujących na dwóch naturalnych i nietoksycznych polimerach, tj. kurdlanie i izolacie białka serwatkowego (WPI), z wykorzystaniem nowoczesnej techniki wytwarzania – elektroprzędzenia. W celu zwiększenia biomimetycznego charakteru zaprojektowanych biomateriałów zostaną one dodatkowo wzbogacone składnikami o dużym znaczeniu w regeneracji tkanki chrzęstnej (kwas hialuronowy – HA lub siarczan chondroityny – CS) oraz tkanki kostnej (nanohydroksyapatyt – nHAp, tlenek magnezu – MgO lub nanocząstki tlenku cynku – ZnO). Ponadto, rusztowania osteochondralne będą łączyć najlepsze cechy rusztowań chrzęstnych i kostnych, będą miały pożądaną strukturę gradientową i zostaną dodatkowo wzbogacone osoczem bogatopłytkowym (PRP), które jest ekonomicznym i autologicznym źródłem różnych czynników wzrostu. Nowatorstwo tego projektu obejmuje zatem skład biomateriałów, mający na celu zwiększenie ich podobieństwa do tkanek rodzimych. Kolejną oryginalnością tego projektu jest zastosowanie metody elektroprzędzenia do wytwarzania rusztowań na bazie zarówno kurdlanu, jak i WPI. Zastosowanie tej metody umożliwi wytwarzanie porowatych biomateriałów, które będą bardziej przypominać macierz zewnątrzkomórkową (ECM) naturalnej chrząstki, kości i tkanki osteochondralnej. W ramach tego projektu nowo zaprojektowane biomateriały zostaną poddane ocenie ich właściwości strukturalnych, fizykochemicznych i mechanicznych. Ponadto zostanie przeprowadzona kompleksowa charakterystyka biologiczna wytworzonych biomateriałów. W tym celu planuje się przeprowadzenie szeregu analiz, w tym: eksperymentów in vitro, badań in vivo na modelu larw Danio rerio (danio pręgowany), badań ex ovo z wykorzystaniem modelu błony kosmówkowo-omoczniowej (CAM), testów ex vivo oraz badań in vivo na szczurach (jednak tylko na najlepszych wariantach biomateriałów). To podejście jest motywowane przestrzeganiem zasady 3R (replacement, reduction, and refinement – zastąpienie, redukcja i udoskonalenie), która jasno wskazuje, że liczba zwierząt laboratoryjnych wykorzystywanych w badaniach powinna być ograniczona. Warto zatem podkreślić, że projekt ten wpisuje się w standardy obecnych trendów badawczych z zachowaniem zasady 3R. Zaletą w realizacji tego projektu jest współpraca badawcza z kilkoma jednostkami badawczymi: Laboratorium Nanostruktur, Instytut Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk, Polska; Centrum Ortopedii Eksperymentalnej, Uniwersytecki Szpital Medyczny w Saarlandzie, Uniwersytet Kraju Saary, Niemcy; Katedra Dyscyplin Morfologicznych, Uniwersytet Medycyny Weterynaryjnej i Farmacji w Koszycach, Słowacja; oraz Europejski Instytut Biomedyczny, Polska. Ten interdyscyplinarny zespół, wraz z jednostką Głównego Badacza (PI), zapewni realizację tego projektu na wysokim, światowym poziomie, ponieważ posiadają wieloletnią wiedzę i doświadczenie w określonych dziedzinach. Biorąc pod uwagę powyższe, realizacja tego projektu dostarczy odpowiedzi na pytanie, czy nowe biomateriały na bazie kurdlanu i WPI, opracowane z wykorzystaniem nanotechnologii, mają lepsze właściwości niż istniejące i czy są bezpieczne biologicznie oraz posiadają potencjał biomedyczny.