Kraków. Wynalazek z UJ może zrewolucjonizować leczenie osteoporozy

Zespół naukowców z Wydziału Chemii UJ pod kierunkiem prof. dr hab. Marii Nowakowskiej stworzył wielofunkcyjny materiał, którego przeznaczeniem jest udoskonalenie metod leczenia osteoporozy oraz niwelowanie niedużych ubytków kostnych. Ma on postać hydrożelu, który wstrzykuje się w miejsce ubytku kości, gdzie następnie dochodzi do jego "zestalenia" w wyniku sieciowania chemicznego zachodzącego w temperaturze 37 st. C. Ze względu na swoją strukturę i skład hydrożel trwale przyczepia się do tkanki kostnej i pełni funkcję rusztowania, na którym w naturalnych procesach biologicznych tworzy się nowa tkanka kostna wypełniająca ubytek.

Naukowcy zaprojektowali również dodatkową funkcję dla tego nowego materiału. Skład chemiczny hydrożelu pozwala na to, by stał się on nośnikiem leków na osteoporozę, które da się podać miejscowo wyłącznie w okolice chorych tkanek i ubytków kostnych.

Badacze z UJ przekonują, że opracowana przez nich metoda daje dwie zasadnicze korzyści. Po pierwsze pozwala odejść od ogólnoustrojowego podawania leków na osteoporozę, które mają silne skutki uboczne. Po drugie hydrożel daje możliwość aplikowania znacznie większych stężeń leku w bezpośrednie sąsiedztwo chorych tkanek i tym samym zwiększenia efektywności terapii. Przy okazji, ze względu na jego właściwości, dodatkowo pojawiają się szanse na naturalną odbudowę kości w miejscu ubytków.

- Komponenty naszego hydrożelu naśladują naturalny skład tkanki kostnej. Wśród jego składników jest między innymi kolagen, kwas hialuronowy oraz chitozan, czyli polisacharyd o udowodnionych właściwościach antybakteryjnych, przeciwzapalnych i przeciwbólowych. Oprócz tego w jego skład wchodzi kluczowy składnik nieorganiczny. Jest nim syntetyzowany przez nas układ cząstek krzemionki dekorowanych hydroksyapatytem, który w hydrożelu i projektowanej terapii pełni kilka istotnych i pożytecznych funkcji. Składowe hydrożelu, po jego wstrzyknięciu, już w organizmie, wiążą się ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi. Właściwość ta pozwala podać hydrożel nieinwazyjną drogą, cały materiał zachowuje swoją funkcjonalność, ponieważ nie ulega niekontrolowanej degradacji - wyjaśnia dr hab. Joanna Lewandowska-Łańcucka z Wydziału Chemii UJ, współtwórczyni wynalazku.

Wykorzystany w hydrożelu hydroksyapatyt w organizmach żywych stanowi główny, nieorganiczny budulec tkanki kostnej, wpływający na jej wytrzymałość.

- W naszym materiale pełni on analogiczną rolę. Minerał ten odpowiednio zagęszcza preparat, który po wstrzyknięciu łatwo przywiera do tkanki kostnej w miejscu ubytku i służy za podłoże dla osteoblastów (komórek kościotwórczych - red.), które odbudowują kość. To jednak tylko skromna część naszej innowacji - zaznacza dr Adriana Gilarska, współtwórczyni wynalazku, nad którym pracowała w ramach swojej rozprawy doktorskiej na Wydziale Chemii UJ. Jak tłumaczy, prawdziwie przełomowe odkrycie dotyczy możliwości związania w hydrożelu alendronianu sodu, czyli popularnie stosowanego leku na osteoporozę. Uzyskuje się w ten sposób wielofunkcyjny materiał o potencjale terapeutycznym. - Dzięki tym właściwościom lekarze poprzez wstrzyknięcie hydrożelu będą mogli aplikować lek bezpośrednio w chore miejsca, gdzie będzie on stopniowo uwalniany - wyjaśnia naukowiec.

Zespół badaczy jest już po badaniach na modelu mysim. Udało się wykazać, że preparat nie wywołuje efektu toksycznego oraz że w miejscu podania hydrożelu zachodzi naturalna angiogeneza, czyli powstawanie włosowatych naczyń krwionośnych. To wskazuje na możliwość realnego wykorzystania tego materiału jako bazy dla odbudowujących się tkanek kostnych.

Sam hydrożel ulega naturalnej, stopniowej degradacji. Badania in vivo prowadzono przez 60 dni i w ostatnim dniu w miejscu podania hydrożelu wciąż były widoczne jego pozostałości. Z kolei testy in vitro potwierdziły, że podany w hydrożelu lek - alendronian sodu - jest uwalniany do organizmu stopniowo, co może zwiększać skuteczność leczenia.

- Pierwsze testy hydrożelu na liniach komórkowych i modelach zwierzęcych wypadły bardzo obiecująco. Na razie planujemy przeznaczyć ten materiał do projektowania terapii mniejszych ubytków kostnych, spowodowanych przede wszystkim osteoporozą, ale również różnego rodzaju urazami czy ubytków, jakie powstają na przykład w wyniku operacji neurologicznych. Materiał powinien więc zainteresować szerokie grono lekarzy reumatologów, ortopedów, jak również neurologów i stomatologów - mówi dr inż. Gabriela Konopka-Cupiał, dyrektor Centrum Transferu Technologii CITTRU UJ.

Obecnie zespół naukowy poszukuje możliwości współpracy z inwestorami, którzy zaangażowaliby się w dalszy rozwój wynalazku, ostateczne przeprowadzenie badań toksykologicznych, wykonanie testów na większych zwierzętach, jak również określenie optymalnych stężeń alendronianu sodu dla uzyskania jak najlepszych rezultatów terapeutycznych.

Twórcy hydrożelu obecnie pracują nad dalszymi modyfikacjami krzemionki wykorzystywanej w jego składzie, tak aby zwiększyć możliwości zarządzania przyszłymi planami leczenia osteoporozy. 

- Udało nam się zsyntetyzować dekorowane hydroksyapatytem i odpowiednio sfunkcjonlizowane mezoporowate cząstki krzemionki, co pozwala zaadsorbować i związać w hydrożelu kilkukrotnie większą ilość leku na osteoporozę. Badania wykazały, że użycie tego rodzaju cząstek pozwoli nie tylko znacznie zwiększać stężenie alendronianu sodu w pobliżu chorych miejsc, ale że porowata struktura będzie spowalniać proces uwalniania leku, co może wydłużyć w czasie jego działanie. To oznacza, że w przyszłości lekarze będą mogli precyzyjnie projektować zarówno moc, jak i czasochłonność terapii, w zasadzie całkowicie eliminując skutki uboczne, jakie niesie z sobą ogólnoustrojowe podawanie leku - wskazuje dr hab. Joanna Lewandowska-Łańcucka.

Wynalazek został już objęty ochroną patentową na terenie Polski i zagranicą.

Patogeny coraz bardziej odporne