„Supergraft” odbudowuje kość i jednocześnie ogranicza ryzyko infekcji

Brazylijscy naukowcy opracowali biomateriał, który może jednocześnie wspierać regenerację tkanki kostnej i ograniczać rozwój bakterii. Technologia startupu BioActive Biomateriais ma znaleźć zastosowanie m.in. w ortopedii i stomatologii.

Jednym z istotnych wyzwań w leczeniu rozległych ubytków i uszkodzeń kości jest nie tylko odtworzenie brakującej tkanki, ale także ograniczenie ryzyka zakażenia. Brazylijski startup BioActive Biomateriais opracował w tym celu materiał określany jako „supergraft”. Technologia powstała przy wsparciu FAPESP – brazylijskiej fundacji wspierającej badania naukowe i rozwój technologiczny.

Materiał, który wspiera regenerację kości

Nowy materiał działa jak tymczasowe rusztowanie dla regenerującej się kości. Jego struktura umożliwia komórkom przyleganie i wzrost, a następnie stopniowo zanika w miarę odbudowy własnej tkanki pacjenta.

Kluczowe znaczenie ma zastosowanie trzech komponentów: siarczanu wapnia, hydroksyapatytu oraz fosforanu trójwapniowego. Każdy z nich charakteryzuje się innym tempem resorpcji. Siarczan wapnia rozpuszcza się stosunkowo szybko, tworząc przestrzeń dla nowo powstających komórek. Hydroksyapatyt i fosforan trójwapniowy ulegają degradacji wolniej, dzięki czemu przez dłuższy czas zapewniają odpowiednie podparcie dla regenerującej się tkanki.

Materiał ma przy tym nie tylko wspierać odbudowę kości, ale również ograniczać ryzyko infekcji. Jest to szczególnie istotne w przypadku osteomyelitis, czyli zapalenia kości i szpiku, które może komplikować leczenie i wydłużać proces rekonwalescencji.

Srebro, cynk i stront – trzy funkcje w jednym materiale

Za adekwatności przeciwdrobnoustrojowe i biologiczne materiału odpowiadają trzy jony metali: srebra, cynku i strontu. Srebro i cynk ograniczają namnażanie bakterii, natomiast stront wpływa na procesy związane z przebudową tkanki kostnej.

Jak wyjaśniła dr Karen Grancianinov, inżynier chemik odpowiedzialna za projekt, połączenie trzech funkcjonalnych związków z jonami o działaniu przeciwdrobnoustrojowym stanowi nowe rozwiązanie na rynku biomateriałów. – Idea połączenia trzech funkcjonalnych związków z jonami przeciwdrobnoustrojowymi jest bezprecedensowa na rynku biomateriałów – powiedziała.

Jak dodała, podobne rozwiązania były wcześniej analizowane w badaniach naukowych, jednak BioActive jest pierwszą firmą, która podjęła próbę przekształcenia tej wiedzy w produkt o potencjalnym zastosowaniu klinicznym.

Materiał ma łączyć trzy istotne adekwatności. Jest biokompatybilny, czyli powinien być dobrze tolerowany przez organizm, bioresorbowalny, a więc stopniowo wchłaniany i zastępowany przez regenerującą się tkankę oraz osteokondukcyjny – zapewnia warunki i strukturę ułatwiającą wzrost nowej tkanki kostnej.

Szczególne znaczenie może mieć połączenie adekwatności osteokondukcyjnych z działaniem przeciwdrobnoustrojowym. Tradycyjne materiały do wypełniania ubytków kostnych pełnią przede wszystkim funkcję biernego wypełniacza. Opracowywany przez BioActive biomateriał ma natomiast jednocześnie tworzyć środowisko sprzyjające regeneracji i ograniczać rozwój drobnoustrojów.

Od chirurgii ortopedycznej do implantologii

Technologia ma również praktyczną zaletę – można ją dostosować do kształtu ubytku. Biomateriał jest dostarczany w postaci proszku, który podczas zabiegu miesza się z płynem. Powstaje wówczas plastyczna pasta przypominająca cement kostny.

Tak przygotowany materiał może być podawany w niewielkie szczeliny, ale również modelowany w celu wypełnienia większych ubytków. Potencjalne zastosowania obejmują m.in. rekonstrukcję kości kończyn oraz procedury związane z wszczepianiem implantów zębowych.

Obecnie w przypadku niektórych rozległych ubytków kostnych stosuje się autoprzeszczepy, czyli fragmenty kości pobrane od tego samego pacjenta. Rozwiązanie to wiąże się jednak z koniecznością wykonania dodatkowego zabiegu chirurgicznego i utworzenia drugiego miejsca operowanego. W wielu krajach wykorzystywane są również alloprzeszczepy, czyli tkanki kostne pochodzące od dawcy. W Brazylii możliwość ich stosowania jest ograniczona, dlatego opracowanie własnego biomateriału może stanowić alternatywę dla części dotychczasowych metod.

– Wszechstronność przeszczepu w wielu przypadkach eliminuje potrzebę wykonywania dodatkowych zabiegów chirurgicznych, zmniejszając ryzyko i skracając czas rekonwalescencji – dodała Karen Grancianinov.

Technologia znajduje się w tej chwili na etapie wstępnych badań na modelach zwierzęcych. Przed rozpoczęciem badań z udziałem ludzi konieczne będzie uzyskanie odpowiednich zgód brazylijskiej Agencji Nadzoru Sanitarnego (ANVISA). Dopiero po przeprowadzeniu wymaganych badań i uzyskaniu zezwoleń możliwe będzie wprowadzenie produktu do obrotu.

Technologia rozwijana lokalnie i dostępna globalnie

Projekt został sfinansowany w ramach programu Innovative Research in Small Businesses (PIPE), prowadzonego przez FAPESP. Jego znaczenie wykracza poza samo opracowanie nowego biomateriału. Twórcy technologii wskazali również na możliwość ograniczenia zależności brazylijskiego rynku od importowanych materiałów do regeneracji kości.

Według Felipe Bissona, dyrektora handlowego BioActive, opracowanie technologii w Brazylii ma być długoterminową inwestycją w krajowe kompetencje badawczo-przemysłowe. – Mogliśmy sprowadzić gotowe rozwiązanie z zagranicy, ale zdecydowaliśmy się opracować je tutaj, aby stworzyć coś wyjątkowego. Celem jest pełnienie funkcji pomostu między uniwersytetem a przemysłem – powiedział.

W przyszłości firma chciałaby doprowadzić do zastosowania materiału również w ramach SUS, czyli brazylijskiego publicznego systemu ochrony zdrowia. Zdaniem przedstawiciela BioActive zapotrzebowanie na rozwiązania wspierające regenerację kości może rosnąć wraz ze starzeniem się społeczeństwa i zwiększającą się liczbą chorób przewlekłych wymagających rekonstrukcji tkanki kostnej.

Firma planuje w przyszłości rozwój działalności także poza Brazylią, m.in. na rynkach Ameryki Łacińskiej, Azji i Europy. Technologia wymaga jeszcze badań klinicznych i odpowiednich zezwoleń.

Źródło: https://agencia.fapesp.br/

Jednym z najczęściej przeprowadzanych zabiegów przygotowawczych przed leczeniem implantoprotetycznym są przeszczepy kości. Skuteczność tego typu zabiegów zależy m.in. od zastosowanego materiału. – Różnica między materiałem autogennym pochodzącym od pacjenta, materiałami allogennymi z banków tkanek oraz materiałami alloplastycznymi to przede wszystkim obecność tzw. białka morfogenetycznego kości, którego nie zawierają materiały alloplastyczne. Oczywiście jeżeli podczas zabiegu dołożymy do nich materiał zawierający czynniki wzrostowe, to proces i tak może okazać się bardzo efektywny – mówi prof. dr hab. n. med. Andrzej Wojtowicz, kierownik Zakładu Chirurgii Stomatologicznej WUM, jeden z prekursorów implantologii w naszym kraju, promotor wielu prac doktorskich, autor licznych publikacji naukowych, członek m.in. Ogólnopolskiego Stowarzyszenia Implantologii Stomatologicznej oraz European Association of Dental Implantology.