Łódzcy naukowcy pracują nad protezą tchawicy z celulozy bakteryjnej

Kilka lat temu naukowcy z zespołu Bionanocelulozy, kierowanego przez prof. Stanisława Bieleckiego Instytutu Biochemii Technicznej, skomercjalizowali technologię wytwarzania bionanocelulozy i opatrunków z celulozy bakteryjnej do leczenia m.in. trudno gojących się ran. Została ona sprzedana polskiej firmie biotechnologicznej, która jako jedyna w Europie wytwarza celulozę bakteryjną (system GMP) do różnych zastosowań.

Celuloza bakteryjna jest nanobiomateriałem produkowanym przez niepatogenne bakterie z rodzaju komagataeibacterxylinus (znane jako gluconacetobacte rxylinus). Komórki bakteryjne zaszczepione w pożywce płynnej, której głównym składnikiem jest glukoza, metabolizują ją i przekształcają w cukrowy polimer, czyli celulozę.

„Celuloza bakteryjna z chemicznego punktu widzenia to taka sama celuloza jak ta, wytwarzana przez rośliny. Jednakże fakt, że jest produkowana przez komórki bakteryjne powoduje, że materiał charakteryzuje się wysokim stopniem czystości, tzn. brak jest tam lignin, hemiceluloz czypektyn towarzyszących celulozie pochodzenia roślinnego” - opowiadał PAP dr inż. Przemysław Rytczak z zespołu Bionanocelulozy IBT PŁ.

Dodatkowo, ze względu na swoją unikalną nanostrukturę, dużą zdolność do pochłaniania wody, materiał ten charakteryzuje się dużą biokompatybilnością, co powoduje, że po wszczepieniu nie jest odrzucany przez organizm. „Stąd znalazł zastosowanie w medycynie regeneracyjnej” - dodaje dr Rytczak. Łódzcy naukowcy pracują obecnie nad protezą tchawicy z bionanocelulozy. Dr inż. Rytczak podkreśla, że obecnie dostępne na rynku protezy tchawicy w większości przypadków są produkowane z tworzyw sztucznych, a więc mają swoje ograniczenia. Przede wszystkim charakteryzują się niską biokompatybilnoścą i ze względu na brak struktury porowatej, nie mogą być przerastane przez komórki czy naczynia krwionośne, tak, aby mogły być z powodzeniem przyjęte przez organizm pacjenta.

Taką możliwość - jak podkreśla - daje celuloza bakteryjna, która jest naturalnym polisacharydem. „Jest materiałem biokompatybilnym, a ze względu na swoją unikalną nanostrukturę powinna być porastana przez komórki m.in. nabłonka oddechowego czy też kapilarne naczynia krwionośne, dzięki czemu ten konstrukt po wszczepieniu powinien przetrwać w organizmie pacjenta” - ocenił.

Naukowcy wytworzyli już konstrukty protez tchawicy, a badania wytrzymałościowe wykazały, że mają one właściwości zbliżone do naturalnej tchawicy. Obecnie pracują nad badaniem zdolności porastania otrzymanych protez przez komórki nabłonka, które naturalnie bytują w tchawicy.

„Po wszczepieniu chcielibyśmy, żeby ten materiał przejął funkcje naturalnej tchawicy. Najlepiej byłoby, gdyby rzeczywiście został porośnięty od wewnątrz komórkami nabłonka i spełniał swoją naturalna funkcję, a więc przewodzenia powietrza przez jamę nosową, gardło, do płuc, również ze zdolnością do wyłapywania zanieczyszczeń, które nie zostały zatrzymane w górnym odcinku dróg oddechowych” - dodał.

Zespół Bionanocelulozy kierowany przez prof. Stanisława Bieleckiego posiada bardzo duże osiągnięcia w dziedzinie celulozy bakteryjnej. Naukowcom z Politechniki Łódzkiej udało się m.in. odczytać genom szczepu bakterii wytwarzających ten biomateriał oraz uzyskać potencjalne produkty z bionanocelulozy np. biokompatybilne siatki do leczenia przepuklin.

„Podchodzimy do celulozy bakteryjnej w sposób bardzo kompleksowy. Od strony molekularnej staramy się wyjaśnić proces powstawania celulozy bakteryjnej i modyfikować go na poziomie genetycznym tak, aby szczep bakteryjny produkował celulozę z większą wydajnością oraz pożądaną przez nas strukturą. Dodatkowo, otrzymany materiał modyfikujemy metodami fizycznymi i biochemicznymi w celu uzyskania funkcjonalnych produktów” - wyjaśnił naukowiec.