Výskumníkom Fraunhoferovho inštitútu v Nemecku sa podarilo vyrobiť elektrospunovú membránu z bioresorbovateľného silikagélu Renacer®, ktorý nie je ani cytotoxický, ani genotoxický. Táto matrica napodobňuje vláknité štruktúry nachádzajúce sa v spojivovom tkanive. Je preto obzvlášť vhodný na regeneračné aplikácie, napríklad na lepšie hojenie rán.
Liečba veľkých a vnútorných rán je náročná a môže byť mimoriadne únavná. Výskumníci z Fraunhoferovho inštitútu pre výskum silikátov ISC a Fraunhoferovho inštitútu pre toxikológiu a experimentálnu medicínu ITEM vyvinuli bioresorbovateľnú membránu pre túto oblasť použitia, ktorá podporuje hojenie rán a je v tele úplne biologicky odbúrateľná za vzniku prírodnej látky.
Základom pre inovatívnu membránu je vláknité rúno vyvinuté na Fraunhofer ISC, ktoré je už medicínsky schválené na regeneráciu chronických rán, ako sú diabetické nohy. Materiál sa úplne rozpustí po šiestich až ôsmich týždňoch, keď sa rana hojí. Výskumníkom sa podarilo zmenšiť priemer vlákna 50 mikrometrov viac ako 50-krát, takže vlákna majú teraz priemer menší ako jeden mikrometer. Tím použil metódu elektrostatického zvlákňovania. Týmto spôsobom boli výskumníci schopní roztočiť silikagélový sól do tesnej silikagélovej membrány vyrobenej z vlákien s priemerom asi jeden mikrón. V niektorých prípadoch dokonca dosiahli priemery len 100 nanometrov. Ako vysvetlil Dr. Bastian Christ, vedec na Fraunhofer ISC vo Würzburgu: „Tieto vláknité systémy napodobňujú extracelulárnu matricu, t. j. vláknité štruktúry, ktoré sa vyskytujú v spojivovom tkanive, v tele a sú veľmi dobre prijímané ľudskými bunkami na regeneráciu. Nespôsobujú žiadne reakcie na cudzie teleso a žiadne vnútorné jazvy. Nová silikagélová membrána uvoľňuje iba jeden degradačný produkt, kyselinu monokremičitú, ktorá má v tele regeneračný účinok a podporuje hojenie rán.“ S kolegami sa Dr. Bastian Christ postaral o syntézu a spracovanie materiálu.
Ako uviedla Dr. Christina Ziemann, vedkyňa z Fraunhofer ITEM a zodpovedná za biologické hodnotenie materiálu: „Zatiaľ čo originálna netkaná textília z vlákien hrúbky 50 mikrometrov sa aplikuje na chronickú ranu zvonka, tenšia netkaná textília je vhodná aj na vnútorné aplikácie. Výplňový materiál, ktorý sa používa pri kostných defektoch v čeľusti, by sa ním teoreticky mohol prekryť, aby sa urýchlilo hojenie rán.“ Ďalej dodala: „V zásade môže byť membrána v tele nalepená biologicky odbúrateľnými lepidlami.“
Materiál nie je ani cytotoxický, ani genotoxický
Pomocou konfokálneho mikroskopu, špeciálneho svetelného mikroskopu, by sa dalo ukázať, že membrána s tesnou sieťou, ktorá je k dispozícii ako demonštrátor, má bariérovú funkciu, ktorá bráni prechodu buniek spojivového tkaniva po dobu najmenej siedmich dní bez toho, aby zabránenila rastu buniek. Okrem toho je membrána resorbovateľná a nemá žiadnu cytotoxicitu ani genotoxicitu, takže nespôsobuje priame poškodenie tkaniva alebo DNA.
Priemer vlákna a veľkosť ôk ovplyvňujú správanie buniek
Na použitie ako adhézna bariéra, aby sa predišlo pooperačným zrastom a zjazveniu, bol zvolený tenký priemer vlákna s tenkými okami, aby cez vláknité rúno mohli prechádzať iba živiny – ale žiadne bunky spojivového tkaniva. Pri priemere vlákna jeden mikrometer a zodpovedajúco väčším očkám však bunky vrastajú do vláknitej siete, tam sa množia a pôsobia regeneračne na okolité tkanivo. Ako uviedol Christ: „Úpravou vlastností materiálu, ako je priemer vlákna a veľkosť ôk, môžeme ovplyvniť správanie buniek podľa želania.“ Systémy potrebné na spriadanie vlákien sú navrhnuté vo Fraunhofer ISC podľa aplikácie a špecifických požiadaviek zákazníka. Tvar a veľkosť vláknitého rúna možno tiež prispôsobiť.
Na rozdiel od membrány, ktorá umožňuje transport živín ihneď po aplikácii vďaka svojej povahe otvorenej siete, ale nie prechod cez bunky, mnohé produkty dostupné na trhu často umožňujú takýto transport látky až po biodegradácii alebo po začiatku degradácie. Rýchle a efektívne hojenie rán je však možné len vtedy, ak je poranené tkanivo dostatočne zásobené živinami. Zároveň musia byť produkty látkovej výmeny transportované preč, čo je podporované otvorenou sieťovou štruktúrou silikagélovej membrány.
Membrána s anorganickým charakterom
Ďalšia výhoda: Membrána Renacer® sa úplne rozpúšťa a rozkladá sa takmer pH-neutrálne za vzniku netoxickej kyseliny monokremičitej, jedinej vo vode rozpustnej formy kyseliny kremičitej. Je telu prirodzená a bolo preukázané, že stimuluje tvorbu spojivového tkaniva v koži a tvorbu kostí. Doteraz dostupné produkty takéto vlastnosti nemajú. Mnohé biologicky odbúrateľné materiály sa rozkladajú na organické kyseliny, ako je kyselina mliečna alebo kyselina glykolová. To môže spôsobiť lokálne prekyslenie tkaniva a následne spustiť zápalové reakcie imunitného systému. Ako uviedol Ziemann: „Naše testy ukázali, že produkt rozpustenia, kyselina monokremičitá, je tiež netoxický a úplne tolerovaný bunkami. Membrána sa rozpadne na jedinú molekulu – kyselinu monokremičitú.“
Vláknina ako zásobáreň účinných látok
Okrem toho môžu byť do vláknitého rúna integrované účinné látky, ktoré sa uvoľňujú pri rozpustení materiálu. Ako vysvetlil Christ: „Počas vstrebávania by sa antibiotikum mohlo aplikovať napríklad na ranu v tele, aby nevznikli bakteriálne ložiská.“ Na Fraunhofer ISC projekt „GlioGel“ financovaný BMBF skúma, či je materiálová platforma Renacer® vhodná ako sklad účinných látok na liečbu mozgových nádorov.
Viac informácií:
Bioresorbierbare Membran für die Heilung innerer und äußerer Wunden
Zdroj: https://www.fraunhofer.de, zverejnené: 7. 2. 2023, autor: rpa
