Sposób otrzymywania wstrzykiwalnego biokompatybilnego nośnika leków, komórek lub ich kombinacji, w postaci mikrorusztowań, kompozycja do podawania przez wstrzykiwanie zawierająca wspomniane nośniki oraz jej zastosowanie

ZESPÓŁ AUTORSKI:

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk

• dr inż. Paweł Nakielski, kierownik projektu,
• dr Sylwia Pawłowska,
• mgr Michał Pruchniewski,
• dr inż. Olga Urbanek-Świderska,
• dr hab. Filippo Pierini

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Wynalazek dotyczy metody wytwarzania mikrorusztowań komórkowych, czyli polimerowych mikrocząstek na których powierzchni i we wnętrzu mogą rosnąć ludzkie komórki. Mikrorusztowania mogą również dostarczać lek w miejscu aplikacji i uwalniać go w czasie nawet do trzech miesięcy. Dzięki temu można ograniczyć ilość przyjmowanych leków i tym samym ograniczyć ich skutki uboczne. Ponadto struktura wytworzonych mikrorusztowań ma postać wzajemnie przeplatających się nano i mikrowłókien, które wyglądem przypominają występującą w naszym organizmie macierz zewnątrzkomórkową. Z tego powodu komórki naszego organizmu chętnie i szybko zasiedlają rusztowanie skutkując regeneracją uszkodzonej tkanki.
Opracowane rozwiązanie cechuje się łatwością aplikacji, gdyż mikrorusztowania można wprowadzić do organizmu przez cienką igłę nawet do trudno dostępnych tkanek takich jak krążek międzykręgowy. W ten sposób regeneracja krążka międzykręgowego, który jest częstym powodem bólu pleców, może odbyć się w sposób mało inwazyjny.

ISTOTA WYNALAZKU

Opracowana przez nasz zespół metoda wykorzystuje proces elektroprzędzenia do wytworzenia nanowłókien z polimerów naturalnych i syntetycznych. Proces ten polega na przyłożeniu wysokiego napięcia do roztworu polimeru i zebraniu powstających nano i mikrowłókien w formie włókniny. Proces elektroprzędzenia jest w obecnych czasach bardzo popularny, ponieważ daje możliwość zmiany materiału w nanoskali oraz jest jedną z niewielu metod, które są w stanie wytworzyć materiały o bardzo wysokiej porowatości. Metoda ta daje również możliwość łatwego zwiększenia skali i produkcji w skali przemysłowej.
W ostatnim czasie proces elektroprzędzenia znajduje szczególne zastosowanie w medycynie, gdyż wytworzone włókniny stanowią odpowiednie rusztowanie dla komórek oraz pozwalają na opracowanie systemów kontrolowanego podawania leków. Dotychczas jedynym sposobem wprowadzenia typowych włóknin z nanowłókien do organizmu była otwarta operacja i implantacja. Nasz zespół opracował metodę cięcia włóknin do postaci mikrorusztowań, które mogą być wstrzykiwane za pomocą igieł o bardzo małej średnicy. Wykorzystujemy do tego obróbkę laserem femtosekundowym (laser generujący impulsy światła o czasie trwania od kilku do kilkudziesięciu femtosekund), który pozwala na precyzyjne i szybkie cięcie materiałów jak również tworzenie mikrootworów w które wnikają komórki regenerowanej tkanki
Dzięki naszemu sposobowi, powstałe mikrorusztowania zawierające określony produkt leczniczy można zawiesić w roztworach wodnych a następnie wprowadzić do krążka międzykręgowego lub innej uszkodzonej tkanki. Ponadto, na powierzchni mikrorusztowań lub w ich wnętrzu można hodować komórki ludzkie, które stosowane są do regeneracji uszkodzonego krążka międzykręgowego. Dzięki naszemu rozwiązaniu nie tylko zwiększamy szanse na przeżycie dostarczanych komórek ale również wpływamy na sukces terapii. Wspominając o regeneracji krążka międzykręgowego warto przytoczyć dane dotyczące skali problemu. W Polsce absencja w pracy wynikająca z odczuwania bólu pleców wynosi ponad 17%. Tym samym jest to główna przyczyna nieobecności pracowników w pracy. Ból pleców jest czynnikiem znacząco pogarszającym jakość życia wielu ludzi. Jednocześnie, pacjenci cierpiący z jego powodu mają ograniczoną możliwość pomocy, która obejmuje fizjoterapię, przyjmowanie leków przeciwbólowych i w ostateczności opcje chirurgiczne. Dlatego, małoinwazyjne metody chirurgiczne stanowią alternatywę dla metod klasycznych lub operacji mikrochirurgicznych, które często wymagają pełnego znieczulenia przed zabiegiem i uzyskania dostępu do interesujących chirurga tkanek.
W trakcie przeprowadzonych prac badawczych na dużych zwierzętach, wykazaliśmy, że komórki dostarczane na mikrorusztowaniach pozostawały w wybranym miejscu podania wewnątrz organizmu. Jednocześnie opracowane mikrorusztowania stanowiły dodatkową przestrzeń w której mogły się namnażać komórki danej tkanki i po czasie przyczynić się do odbudowy uszkodzonego krążka międzykręgowego.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Opracowany wynalazek ma wysoki potencjał komercjalizacyjny z uwagi na szerokie zastosowanie wynalazku jako platforma technologiczna. Wśród podmiotów zainteresowanych jego wdrożeniem znajdują się firmy z obszaru farmacji i wyrobów medycznych. Mikrorusztowania są biokompatybilne z tkanką i mają szeroki potencjał zastosowania m.in w regeneracji krążka międzykręgowego jak również kości i chrząstki. Dotychczasowe badania przedkliniczne potwierdzają, że kompozycja z komórkami może być wprowadzona do krążka międzykręgowego w sposób mało inwazyjny a jednocześnie z dużą precyzją. W następnym kroku przeprowadzone zostaną badania potwierdzające skuteczność w procesie regeneracji zdegenerowanego krążka międzykręgowego.
Dzięki zastosowaniu małoinwazyjnej metody podania przez małe nacięcie skóry, do minimum skrócony będzie czas spędzony w szpitalu jak również umożliwiony będzie powrót do normalnej aktywności już w kilka dni po zabiegu.