Druk przestrzenny i elektroprzędzenie w służbie inżynierii tkankowej

Uszkodzenie tkanek chrzęstnych nosa jest ogromnym problemem nie tylko dla pacjenta, ale również dla laryngologów i chirurgów plastycznych. Nos w swoim kształcie i wielkości nadaje twarzy określony charakter, może ją zdobić lub szpecić. Zbudowany jest z kości i chrząstek pokrytych skórą. Tkanka chrzęstna ze względu na specyficzną budowę ma ograniczone zdolności regeneracyjne. Poszukiwania coraz to nowych form materiałów, które ułatwiłyby proces odtworzenia uszkodzonych tkanek, przyczyniły się do rozwoju obiecującej, interdyscyplinarnej dziedziny, jaką jest inżynieria tkankowa. Inżynieria tkankowa zajmuje się odbudową i przywróceniem funkcji uszkodzonych lub usuniętych tkanek i narządów. Jej metody (w uproszczeniu) polegają na pobraniu komórek od pacjenta i hodowaniu ich w laboratorium na odpowiednio przygotowanym materiale. Materiał ten stanowi rusztowanie dla nowopowstającej tkanki chrzęstnej i ulega rozpuszczeniu w momencie kiedy tkanka posiada już odpowiednie właściwości mechaniczne. Gotową tkankę przeszczepia się w uszkodzone miejsce u pacjenta.

Materiał pełniący rolę podłoża-rusztowania powinien posiadać przestrzenną, porowatą strukturę ułatwiającą tworzenie przez komórki własnej matrycy, a także umożliwiającą penetrację formującej się tkanki oraz doprowadzenie substancji odżywczych. Rozmiar porów powinien być optymalny dla wzrostu komórek odpowiedniej tkanki. Ponadto biomateriał stosowany jako rusztowanie musi posiadać odpowiednie do zastępowanych tkanek właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne, które nie ulegną zmianie po wygojeniu tkanki. Rusztowanie powinno wykazywać zdolność do biodegradacji po spełnieniu wyznaczonej funkcji, przy czym produkty degradacji nie mogą być szkodliwe i nie powinny inicjować procesu zapalnego. W wielu laboratoriach na świecie naukowcy prowadzą badania nad wytwarzaniem kompozytowych podłoży do rekonstrukcji ubytków chrząstki. Ciągle jednak uzyskiwane podłoża nie spełniają wspomnianych wymagań i nie stymulują w wystarczający sposób wzrostu tkanki.

Celem projektu jest wytworzenie warstwowych, przestrzennych podłoży do rekonstrukcji ubytków tkanek chrzęstnych nosa. W ramach projektu pragniemy stosując dwie różne metody produkcji materiałów (3D printing - metodę druku przestrzennego FDM oraz metodę elektroprzędzenia) wytworzyć hybrydowe podłoża, które z jednej strony będą zapewniać mechaniczną stabilność porowatej konstrukcji, a z drugiej dzięki nanowłóknistej strukturze i modyfikacji lekami będą stymulować chondrocyty do wzrostu i tworzenia tkanki. Wytworzone hybrydowe biomateriały będą kombinacją dwóch lub trzech różnych polimerów (poliestrów i hydrożeli), czynników wzrostu oraz leków. Dzięki modyfikacji zakupionej w ramach projektu drukarki 3D (FDM) będziemy mieli możliwość drukowania przestrzennych, trójwymiarowych podłoży przy użyciu kompozytowych filamentów (prętów) wytworzonych w naszym laboratorium, modyfikowanych różnymi aktywnymi czynnikami/lekami. Drukowanie z polimerowych prętów (w porównaniu z tradycyjnym drukowaniem z żyłki) pozwoli dodatkowo na odpowiednie komponowanie podłoża poprzez dobór i łącznie odpowiednich prętów w trakcie drukowania. Modyfikacja takiego podłoża poprzez naniesienie nanowłókien z czynnikami wzrostu i lekami umożliwi stworzenie środowiska stymulującego wzrost komórek i wspomagającego proces tworzenia chrząstki.

dr hab. inż. Izabella Rajzer, prof. ATH

Absolwentka Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. W roku 2006 uzyskała stopień doktora nauk technicznych w dyscyplinie Inżynieria Materiałowa. W latach 2007-2008 przebywała na stażu w Institute for Bioengineering of Catalonia (Barcelona, Hiszpania) w grupie prof. J.A. Planell. W 2016 r. obroniła habilitację dotyczącą opracowania serii biomateriałów polimerowo-ceramicznych wspomagających regenerację oraz procesy mineralizacji tkanki kostnej. Kierownik sześciu projektów naukowo-badawczych finansowanych przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Narodowe Centrum Nauki. Obecnie jest profesorem nadzwyczajnym na Wydziale Budowy Maszyn i Informatyki Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej.

Data publikacji: 13.11.2017