Naukowcy z Politechniki Gdańskiej opracowali nową klasę materiałów – eutektożele – które mogą znaleźć zastosowanie m.in. w systemach kontrolowanego uwalniania leków czy nowoczesnych materiałach opatrunkowych.
Żelatyna to dobrze znany i tani materiał, który może stać się zaawansowanym biomateriałem dla medycyny. Naukowcy z Politechniki Gdańskiej w swoich badaniach wykorzystali rozpuszczalniki głęboko eutektyczne (DES), które pozwalają projektować adekwatności hydrożeli i tworzyć nową klasę materiałów – eutektożele. Mogą one znaleźć zastosowanie m.in. w systemach kontrolowanego uwalniania leków czy nowoczesnych materiałach opatrunkowych stosowanych w leczeniu trudno gojących się ran, np. przy cukrzycy, przeszczepach czy powstających w wyniku zakażeń na polu walki.
Wyniki badań naukowców z Gdańska zostały opublikowane na łamach czasopisma „Advanced Functional Materials”. W artykule opisano nowy sposób projektowania biomateriałów opartych na żelatynie. Badania prowadzone były przez dr. Tomasza Swebockiego, prof. PG z Instytutu Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej (z zespołu prof. Jacka Ryla), we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Łódzkiego oraz CEA Saclay we Francji.
Dr Tomasz Swebocki, prof. PG, prof. Jacek Ryl, mgr Angelika Łepek. Fot. Łukasz Głowala / Politechnika Gdańska; żródło zdjęcia: www.pg.edu.plEutektożele – biomateriały o zmiennych adekwatnościach
Badania opierały się na wykorzystaniu rozpuszczalników głęboko eutektycznych (DES) do modyfikacji klasycznych hydrożeli żelatynowych. Po połączeniu z polimerem tworzą one eutektożele – materiały, których adekwatności można kontrolować poprzez dobór stężenia oraz typu DES. Zmiana środowiska chemicznego pozwala wpływać m.in. na strukturę sieci polimerowej oraz sposób transportu cząsteczek wewnątrz materiału.
– W inżynierii materiałowej bardzo często zaczynamy od prostych pytań: co się stanie, jeżeli zmienimy tylko jeden element układu? W naszym przypadku był to rozpuszczalnik. Okazało się, iż połączenie dobrze znanej żelatyny z rozpuszczalnikami głęboko eutektycznymi pozwala „zaprojektować” zupełnie nowe adekwatności materiału – od sposobu transportu cząsteczek po działanie przeciwbakteryjne i biozgodność. Takie podejście pokazuje, jak duże znaczenie w rozwoju nowoczesnych biomateriałów dla medycyny i bionanotechnologii mają dziś inżynieria materiałowa i nanotechnologia – mówi dr Tomasz Swebocki, prof. PG.
Badania wykazały, iż choćby niewielkie zmiany składu chemicznego mogą diametralnie zmienić zachowanie materiału. W zależności od zastosowanego rozpuszczalnika głęboko eutektycznego, powstające eutektożele wykazywały odmienne adekwatności transportu antybiotyku.
– Jedne z nich działały jak swoista „gąbka molekularna”, zatrzymując lek w strukturze żelu. Inne tworzyły bardziej zwartą barierę, spowalniając jedynie jego przenikanie bez utraty w samym żelu. Dzięki temu możliwe jest dostrajanie adekwatności materiału do konkretnych zastosowań biomedycznych. Kolejnym etapem badań będzie pogłębiona ocena funkcjonalności opracowanych materiałów w bardziej złożonych modelach biologicznych, które lepiej odzwierciedlają warunki rzeczywistego gojenia ran. Pozwoli to zweryfikować skuteczność eutektożeli w dynamicznym środowisku biologicznym oraz przygotować grunt pod dalsze prace nad ich potencjalnym wdrożeniem w praktyce klinicznej – dodaje dr Swebocki, prof. PG.
Eutektożele uzyskane w ramach projektu. Fot. Łukasz Głowala / Politechnika Gdańska; źródło zdjęcia: www.pg.edu.plZastosowanie w leczeniu ran
Jak podkreślają naukowcy, na obecnym etapie badań, eutektożele już wykazują biokompatybilność, co oznacza, iż w kontakcie z organizmem nie powinny wywoływać podrażnień, stanów zapalnych i innych niepożądanych reakcji. Rozwiązanie wykazuje także adekwatności przeciwbakteryjne wobec patogenów takich, jak Escherichia coli czy MRSA (gronkowiec złocisty oporny na metycylinę). Jednocześnie eutektożele zachowują cytokompatybilność względem ludzkich keratynocytów, w związku z czym materiały te mogą być w przyszłości rozważane jako komponenty nowoczesnych materiałów opatrunkowych lub platform do kontrolowanego dostarczania leków.
Eutektożele mogą znaleźć zastosowanie m.in. w leczeniu różnych trudno gojących się ran skórnych, np. przy cukrzycy, po przeszczepach i leczeniu onkologicznym czy tych, z którymi mierzy się medycyna pola walki.
Realizacja badań była możliwa m.in. dzięki wsparciu programu NOBELIUM wspierającego rozwój ambitnych projektów badawczych o dużym potencjale naukowym i aplikacyjnym w ramach inicjatywy IDUB Politechniki Gdańskiej. Dodatkowe finansowanie zapewnił również grant MINIATURA 9 Narodowego Centrum Nauki.
Źródło: www.pg.edu.pl
