Drukuj

Rola polimerów w inżynierii tkankowej

Rola polimerów w inżynierii tkankowej
Rozwój inżynierii materiałowej w ostatnich kilkudziesięciu latach ma olbrzymi wpływ na niemal wszystkie dziedziny nauki. Dokonania na polu inżynierii materiałowej pomagają udoskonalić materiały związane nie tylko z szeroko rozumianym przemysłem, ale również i te, które wymagają bardziej specyficznych i precyzyjnie dobranych właściwości m.in. w zastosowaniach medycznych.

Dyscypliną naukową, która za pomocą alternatywnych rozwiązań w istotny sposób zmienia sposób podejścia do leczenia przy pomocy przeszczepów oraz uzupełnień ubytków narządów lub tkanek jest inżynieria tkankowa (ang. Tissue Engineering, TE), stając się tym samym motorem napędowym rozwoju medycyny regeneracyjnej.

Jednym z głównych celów inżynierii tkankowej jest otrzymanie materiału biologicznego, umożliwiającego zastąpienie lub przywrócenie podstawowych funkcji uszkodzonych tkanek. Zastosowanie inżynierii tkankowej umożliwia rozwiązywanie problemów związanych z przeszczepami organów dotyczących np. niewystarczającej liczby dawców czy stosowania leków immunosupresyjnych, nie wymaga ona również stosowania sztucznych protez, które charakteryzują się niską biozgodnością.

Do głównych osiągnięć inżynierii tkankowej należą z pewnością rusztowania komórkowe - skafoldy (ang. scaffolds - rusztowania), których kluczowym zadaniem jest fizyczne stworzenie podłoża dla komórek i regulacja procesu proliferacji oraz różnicowania. Rusztowania na potrzeby inżynierii tkankowej muszą być zaprojektowane w taki sposób, aby zasiedlone na nich komórki miały możliwość tworzenia trójwymiarowych struktur tkankowych.

Skafoldy są mikroporowatymi strukturami charakteryzującymi się trójwymiarową budową przestrzenną. Za ich podstawowy parametr przyjmuje się porowatość. Wielkość i ilość porów ma ogromny wpływ na przenikanie komórek do wnętrza implantu, co w konsekwencji wpływa korzystnie na regenerację uszkodzonej tkanki.

Zadaniem rusztowań komórkowych, oprócz utrzymania komórek w przestrzeni, jest zapewnienie warunków możliwie jak najbardziej podobnych do tych które naturalnie występują w organizmie.

Sukcesy inżynierii tkankowej nie byłyby możliwe bez nowych biomateriałów, które w znaczący sposób przyspieszają 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.

Materiały stosowane do wytwarzania rusztowań komórkowych

W zależności od docelowej tkanki stosuje się różne materiały budujące rusztowanie. W przypadku tkanek twardych np. tkanki kostnej, materiałami tymi mogą być metale, szkło oraz ceramika, które są stosowane ze względu dobrą wytrzymałość mechaniczną.

W przypadku tkanek miękkich np. chrzęstnej czy mięśniowej, do wytwarzania rusztowań stosuje się przede wszystkim biomateriały. Jedną z ich ważniejszych cech jest biodegradowalność, czyli zdolność do ulegania rozkładowi w warunkach panujących w ustroju, przy czym niezwykle istotne jest aby szybkość biodegradacji była ściśle dobrana do tworzenia się nowej struktury tkankowej.

Dlatego też w inżynierii tkankowej coraz większe znaczenie zyskują polimery biodegradowalne, zarówno naturalne jak i syntetyczne. Ich użycie bowiem pozwala na sterowanie czasem biodegradacji.

Jest to możliwe dzięki temu, że polimery zbudowane są z powtarzających się kolejno po sobie jednostek (merów). W zależności od liczby powtórzeń, otrzymuje się polimer o określonej długości łańcucha (ciężarze cząsteczkowym). Wraz ze wzrostem tej długości, rośnie także czas degradacji. Sterując zatem ciężarem cząsteczkowym można otrzymać rusztowanie o określonych właściwościach.