Drukuj

Rola polimerów w inżynierii tkankowej

Polimery naturalne

Naturalnymi polimerami stosowanymi w inżynierii tkankowej są przede wszystkim związki cukrowe oraz białkowe. Do najpopularniejszych zalicza się przede wszystkim chitozan, celulozę, kolagen i elastynę.

Chitozan jest polisacharydem pozyskiwanym z chityny, stanowiącej główny składnik pancerzyków skorupiaków. Występuje również w ścianach komórkowych grzybów strzępkowych z klasy Zygomycetes, czyli krótko mówiąc „pleśni”. Chitozan jest biodegradowalny, łatwo rozkłada się na substancje pierwsze, z czym wiąże się nietoksyczność, bioaktywność i doskonała sorpcyjność. Wykorzystuje się go jako składnik opatrunków przyspieszających gojenie się ran.

Kolagen jest naturalnie występującym w organizmie biopolimerem. Jest głównym białkiem tkanki łącznej, odpowiedzialnym za nadawanie tkance odpowiedniej wytrzymałości i odporności mechanicznej. Występuje też w dużej ilości w skórze, nadając jej elastyczność. Efektem ubytku kolagenu wraz z wiekiem jest powstawanie zmarszczek. Wykazuje znacznie mniejsze zróżnicowanie międzygatunkowe niż inne białka zwierzęce, cechując się ponadto stosunkowo niewielką immunogennością, dlatego też znajduje szerokie zastosowanie w medycynie. Może być także skomponowany z innymi naturalnymi polimerami (np. chitozanem), tworząc w ten sposób kompozytowe hydrożelowe rusztowanie komórkowe.

Podobnie jak kolagen, elastyna jest białkiem naturalnie występującym w organizmach jako element tkanki łącznej. Jest głównym składnikiem ścięgien, więzadeł, tkanki płucnej oraz ścian większych naczyń krwionośnych. Nadaje ona tkankom elastyczność dzięki czemu nie ulegają one odkształceniom, a po ściśnięciu odzyskują swój pierwotny kształt i wielkość. Biomateriały na bazie elastyny są szeroko stosowane w inżynierii tkankowej. Wykorzystuje się je m.in. w przeszczepach naczyniowych, zastawkach serca lub do produkcji sztucznej skóry. Jednak jej właściwości mechaniczne oraz szybkość degradacji są niedostateczne, więc stosuje się ją jako kompozyt z polimerami syntetycznymi.

Keratyny to grupa białek stanowiących podstawowy budulec cytoszkieletu komórek oraz zewnętrznej okrywy ciała ptaków, gadów i ssaków. Są łatwo dostępne, biodegradowalne, biokompatybilne, wykazują zdolność do samoorganizacji oraz sprzyjają adhezji i proliferacji komórek. 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.

Keratyna może być pozyskiwana z włosów, wełny czy kopyt lub rogów. Biomateriały na bazie keratyny wyizolowanej z włosów ludzkich lub wełny, a w zależności od formy znalazły zastosowanie m.in.: jako opatrunki, środki hemostatyczne, a także są stosowane w regeneracji nerwów obwodowych i kości. Znalazły także zastosowanie w hodowlach komórkowych, w regeneracji mięśnia sercowego, rogówki czy jako nośniki leków.