3D karkasai iš biomedicininių medžiagų – inovacija, pakeisianti donoro audinių transplantus

Bioaktyvūs trimačiai karkasai, sukurti iš pažangių biomedicininių medžiagų, tampa perspektyvia alternatyva tradiciniams donoro audinių transplantams. Šie karkasai ne tik užpildo pažeistą vietą, bet ir skatina natūralių audinių atsinaujinimą bei jų funkcijų atkūrimą.

Reklama

Transplantacija jau daugelį metų išlieka vienu reikšmingiausių šiuolaikinės medicinos pasiekimų. Žmogaus ląstelių, audinių ar organų persodinimas suteikia galimybę gydyti sudėtingas ligas, palengvinti traumas ir net išgelbėti gyvybes.

„Šios srities pažanga neabejotinai susijusi su gerai išvystyta donorinių transplantatų mainų sistema, leidžiančia užtikrinti tinkamų organų ir audinių prieinamumą visame pasaulyje. Vis dėlto, nepaisant šių pasiekimų, transplantacijos srityje vis dar susiduriama su rimtais iššūkiais – transplantatų kokybės ir veiksmingumo trūkumu, ribotu donorinių transplantų kiekiu bei organizmo imuninio atmetimo reakcijomis“, – teigia Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto (KTU CTF) studijų programos „Biomedicininių medžiagų industrijos“ vadovė dr. Odeta Baniukaitienė.

Leidžia formuotis naujam audiniui

Visame pasaulyje, įskaitant ir Lietuvą, mokslininkai intensyviai tiria ir kuria biomedžiagas, galinčias pakeisti donoro transplantus ir taip išspręsti su transplantacijomis susijusias problemas. Viena perspektyviausių tokių alternatyvų – bioaktyvūs trimačiai (3D) karkasai, kurie ne tik užpildo defekto vietą, bet ir sudaro sąlygas pažeisto audinio vietoje formuotis naujam audiniui, atkuriant jo pradinę struktūrą ir funkcijas.

Vienas iš klinikinių atvejų – žandikaulio nykimas (atrofija), kuris dažnai pasireiškia netekus dantų. Tyrimai rodo, kad maždaug 20 proc. pacientų žandikaulio kaulo kiekis yra per mažas, kad būtų galima sėkmingai įsriegti dantų implantą.

Tokiais atvejais tenka atlikti papildomą procedūrą – kaulo priauginimą. Šiam tikslui dažniausiai naudojamas paties paciento kaulas, paimtas iš kitos kūno vietos, tačiau tam reikalinga papildoma operacija, o tai reiškia didesnę infekcijos ar komplikacijų riziką.

Siekiant išvengti šių problemų, kuriami dirbtiniai implantai iš neorganinių medžiagų, įterptų į polimerinius karkasus. Implantuotas karkasas į kaulo defekto vietą suteikia laikiną vietą kaulinio audinio formavimuisi.

Laikui bėgant karkasas pamažu rezorbuojasi, o jo vietoje susiformuoja paciento nuosavas kaulinis audinys. Idealiu atveju po 6-9 mėnesių organizme nelieka jokių svetimkūnių, tik savas, natūraliai susiformavęs kaulas.

Augimo faktoriai – signaliniai baltymai audinių atkūrimui

Vyresnio amžiaus žmonėms, taip pat sergantiems lėtinėmis ligomis, dažnai pastebimas sulėtėjęs audinių regeneracijos procesas, todėl implantavus 3D karkasus negalima tikėtis visiško ir efektyvaus audinių atsinaujinimo.

Siekiant pagreitinti šiuos procesus, karkasuose įkapsuliuojami augimo faktoriai, kurie skatina ląstelių dauginimąsi, diferenciaciją ir tikslinio audinio formavimąsi. Tai pažangios biomedicininės medžiagos, kurios atlieka esminį vaidmenį natūralių audinių atsinaujinime bei jų funkcijų atkūrime.

Kremzlės atkūrimui dažniausiai naudojami transformuojančių augimo faktorių (TGF-β) grupei priklausantys baltymai, iš kurių ypač efektyvus yra TGF-β3. Kaulo morfogeniniai baltymai (BMP), tokie kaip BMP-2 ir BMP-7, dažniausiai taikomi kaulo regeneracijai. Šie ląsteles stimuliuojantys junginiai optimaliu atveju yra įkapsuliuojami nanonešikliuose, tokiuose kaip magnetinės nanodalelės, egzosomos, dendrimerai ar polielektrolitų komplekso micelės, siekiant užtikrinti jų stabilumą ir pailgintą atpalaidavimą.

Būtina pažymėti, kad siekiant paspartinti audinių regeneracijos procesus, 3D karkasai taip pat gali būti dengiami arba užpildomi trombocitais praturtinta plazma, kurioje gausu augimo faktorių, skatinančių ląstelių prisitvirtinimą, jų dauginimąsi, diferenciaciją, naujų kraujagyslių formavimąsi karkasuose, o tuo pačiu ir audinių regeneraciją.

Nuo elektrinio verpimo iki 3D spausdinimo

3D karkasai, skirti atkurti dėl amžiaus, ligos ar traumos pažeistus audinius, gaminami iš įvairių sintetinių ar natūralių polimerų, neorganinių junginių arba jų mišinių. Šie karkasai formuojami taikant įvairias technologijas, tokias kaip elektrinis verpimas, liofilizacija, kietųjų dalelių įterpimas ir išplovimas, 3D spausdinimas ir kt. 3D spausdinimas ir elektrinis verpimas laikomi vienais pažangiausių ir perspektyviausių metodų.

3D spausdinimas suteikia galimybę tiksliai kontroliuoti ir atkartoti karkaso struktūrą, optimizuoti jo savybes ir pritaikyti karkasą individualiems gydymo poreikiams. Tuo tarpu elektrinis verpimas yra unikali technologija, leidžianti sukurti mikro- ir nanogijų pluoštus, kurie primena natūralių audinių struktūrą.

„Bioaktyvių karkasų potencialą patvirtina naujausi moksliniai pranešimai, pristatyti audinių inžinerijos ir regeneracinės medicinos kongrese „TERMIS EU 2025“ Vokietijoje“, – teigia doc. dr. O. Baniukaitienė.

Šis išskirtinis renginys suburia mokslininkus, klinikinės praktikos atstovus ir pramonės lyderius, kurie dalijasi patirtimi ir naujausiais pasiekimais kuriant bei taikant biomedžiagas audinių regeneracijai. Šių metų kongrese ypatingas dėmesys skirtas kaulo ir kremzlės audinių regeneracijai, analizuojant pažangių bioaktyvių karkasų kūrimo strategijas bei jų taikymo galimybes klinikinėje praktikoje. Pabrėžta ląsteles stimuliuojančių augimo faktorių svarba, taip pat jų įkapsuliavimo būtinybė, siekiant užtikrinti jų stabilumą ir ilgalaikį poveikį.