Biomedyczne zastosowanie wybranych materiałów polimerowych

Od wielu lat projektowanie i wytwarzanie nowych materiałów polimerowych przeznaczonych do zastosowań biomedycznych stanowi bardzo popularny kierunek badań. Zastosowania te coraz częściej dotyczą materiałów implantacyjnych ze szczególnym uwzględnieniem chirurgii. Do takich materiałów zaliczyć można zarówno polimery syntetyczne, jak również biopolimery. Z tym zagadnieniem wiążą się badania dotyczące właściwości powierzchniowych oraz biologicznych otrzymywanych materiałów, jak również odpowiednia czyli „celowana” adhezja komórek. Najnowocześniejsze prace dotyczą oceny zachowania się komórek na powierzchni materiałów, co pomaga w ustaleniu odpowiedzi komórki i umożliwia kształtowanie powierzchni materiału w kierunku stymulacji zachowania tkanek a zatem otrzymywania implantów o ściśle określonych właściwościach (smart materials). Inżynieria tkankowa proponuje nowe alternatywne rozwiązania zmieniające sposób podejścia do leczenia przy pomocy przeszczepów oraz ubytków narządów czy tkanek. Kluczową rolę odgrywają tu materiały polimerowe służące do mechanicznego wparcia dla tkanek i narządów a głównym zastosowaniem jest uzyskiwanie funkcjonalnego materiału biologicznego, który będzie w stanie zastąpić lub zregenerować uszkodzoną tkankę w organizmie i przywrócić jej funkcję. Materiały te powinny charakteryzować się zatem architekturą przypominającą tkankę naturalną wraz z jej właściwościami mechanicznymi. Należy również podkreślić fakt, iż obecnie inżynieria tkankowa stanowi jedną z ważniejszych terapii w medycynie. Przy zastosowaniu inżynierii tkankowej pomijany jest problem związany z przeszczepami organów dotyczący niewystarczającej liczby dawców czy stosowania leków immunosupresyjnych, nie wymaga ona również zastosowania sztucznych protez, które charakteryzują się niską biozgodnością.

Właściwości materiałów stosowanych w inżynierii tkankowej

Postęp w dziedzinie inżynierii biomedycznej i medycyny regeneracyjnej wymaga poszukiwania nowych biomateriałów, które w znaczący sposób przyspieszą regenerację uszkodzonych tkanek. W terminologii medycznej biomateriał został zdefiniowany jako: każda substancja inna niż lek, albo kombinacja substancji naturalnych lub syntetycznych (w tym polimery i metale), która może być użyta w dowolnym okresie, a której zadaniem jest uzupełnienie lub zastąpienie tkanek, narządu, albo jego części lub spełnienie ich funkcji.

Keratyna

W ciągu ostatniej dekady biomateriały pochodzenia naturalnego (m.in. kolagen, chitozan, kwas hialuronowy, fibroina i keratyna) zyskały wiele uwagi ze względu na możliwość zastosowania ich w dziedzinie nauk biomedycznych i biotechnologicznych, a w szczególności dla potrzeb inżynierii tkankowej i do wyrobu implantów medycznych. W tym kontekście biomateriały na bazie keratyny (włosy ludzkie, wełna), stały się obiecującym kandydatem ze względu na ich dostępność, biozgodność i biodegradowalność. Biomateriały te sprzyjają adhezji i proliferacji komórek, nie wywołują reakcji zapalnej po implantacji (biokompatybilność). Stwierdzono, że różne typy keratyn mogą zawierać w sekwencji aminokwasowej peptydy adhezyjne. Obecność tych sekwencji umożliwia interakcje pomiędzy komórką a powierzchnią biomateriału oraz uruchamia ścieżki sygnałowe zapoczątkowujące regenerację tkanek.