Lidia Raś: Chciałabym porozmawiać o specyfice „sztucznej kości”, wymyślonej przez zespół, w którego składzie pani się znajduje, ale chyba najpierw musimy ustalić, czy określenie, którego użyłam, nie jest zbyt potoczne.

Prof. Anna Belcarz: Rzeczywiście „sztuczna kość” to potoczna nazwa, skrót myślowy. Posługuje się nim wiele osób, ponieważ prowadzi skojarzeniowo bezpośrednio do celu. Komercyjnie dostępna i wytworzona w warunkach laboratoryjnych „kość” leży na razie poza zasięgiem naszych ludzkich możliwości. Kompozyt to tzw. rusztowanie do regeneracji tkanki kostnej, która uległa zniszczeniu wskutek np. wypadków komunikacyjnych, została usunięta w wyniku infekcji, obumierania, procesów nowotworzenia i z innych przyczyn. Powstały ubytek kostny można wypełnić takim sztucznie wytworzonym rusztowaniem kościozastępczym. Strategia ta pozwala z jednej strony nie dopuścić do wnikania do ubytku komórek tkanki łącznej, która jest tu tkanką niepożądaną, a z drugiej pozwolić na wnikanie w głąb rusztowania komórek tkanki kostnej, które „decydują”, jak przebudować to rusztowanie, aby powstały twór odpowiadał potrzebom obszaru kości, w którym nastąpiła implantacja. Inne będą parametry kości, która się zregeneruje przy ubytku w obszarze kości zbitej, na przykład w kości udowej, która musi przenosić bardzo duże obciążenie, a inne np. w talerzu kości biodrowej. O naszym materiale myślimy zatem właśnie w kategoriach „rusztowania” dla regeneracji tkanki kostnej.

Czym może być to rusztowanie?

Chodzi o materiał, który zapewni dokładne wypełnienie ubytku kostnego, jest wystarczająco porowaty, aby pozwolić na wnikanie komórek tkanki kostnej do wnętrza struktury oraz kompatybilny z organizmem biorcy, czyli po prostu pacjenta. Może on być degradowalny lub nie, ale powinien pozostać w organizmie wystarczająco długo, aby wypełniać ubytek do momentu nabudowania się w nim tkanki kostnej, a w tym czasie nie wywoływać niepożądanych reakcji ze strony organizmu. Mówiąc w dużym skrócie, my właśnie proponujemy jeden z takich materiałów.

Na czym polega jego wyjątkowość? Mamy przecież endoprotezy, zastawki itp.

W segmencie materiałów implantacyjnych występuje bardzo dużo odmian. Mogą to być na przykład materiały metaliczne, lite bądź o rozbudowanej przestrzennej strukturze 3D, np. - mówiąc językiem codziennym - siatki z metalowych pręcików z dziurkami, w które może wnikać tkanka kostna. Są one przydatne wtedy, gdy na samym początku procesu leczenia kość musi wytrzymywać wysokie obciążenia mechaniczne. Siatka metalowa na to pozwala, a jednocześnie dostępna przestrzeń w środku tego implantu pozwala na wniknięcie do jej środka komórek tkanki kostnej, które z czasem wytworzą w tym miejscu prawdziwą kość.

Poproszę o przykład.

Choćby wtedy, gdy pacjent ma uszkodzone kręgi w kręgosłupie. Wtedy taki konstrukt metaliczny ma rację bytu, gdyż musi cały czas wytrzymywać duże obciążenie. Technika druku 3D pozwala na wytworzenie takich implantów, na przykład z tytanu.

A jakie są inne typy materiału kościotwórczego?

Dostępne są też materiały kościozastępcze, które nie zawierają metalu, więc wytrzymują mniejsze obciążenia mechaniczne. Przykładem są tu materiały polimerowe lub zbudowane z twardej, choć kruchej ceramiki. Inny jeszcze rodzaj implantów to materiały elastyczne, często przynajmniej częściowo biodegradowalne. Nie wytrzymują one bardzo dużych obciążeń mechanicznych ze względu na swoją elastyczność, natomiast mogą stanowić atrakcyjny biomateriał w przypadku trudnych do wypełnienia ubytków o nieregularnej strukturze. Sprawdzają się w sytuacjach, gdy chirurg chce w nich umiejscowić materiał, a w tym celu musi go wcześniej odpowiednio dopasować do kształtu wypełnianego ubytku. Przykładowo, tak się dzieje np. gdy mamy do czynienia ze skomplikowanym złamaniem lub wyłuszczeniem tkanki. Taką nieregularną przestrzeń trudno jest wypełnić twardymi kształtkami o z góry zdefiniowanych rozmiarach i kształcie. W takich przypadkach chirurg musi się niejednokrotnie napracować, w jaki sposób przy ich użyciu nieregularny ubytek wypełnić. Problem ten jest mniejszy, gdy dysponuje materiałem kościozastępczym o strukturze gąbki czy plasteliny, którą może dociąć lub docisnąć i w ten sposób ściśle wypełnić opracowywany ubytek kostny.

Dlaczego to jest ważne?

Jak wspomniałam wcześniej, jeśli w obszarze uzupełnianego ubytku kostnego zostawi się zbyt dużą pustą przestrzeń, może się ona wypełniać innymi komórkami tkanki łącznej, która rozrasta się dużo szybciej niż tkanka kostna. Komórki takiej tkanki to na przykład fibroblasty. Ekspansywność tych komórek jest kilkukrotnie większa niż tkanki kostnej, więc w obszarze ubytku kostnego dochodzi do konkurencji między tymi typami tkanek. Bardzo często wygrywają komórki tkanki łącznej. Jedną z komplikacji, które mogą się wtedy pojawić, jest powstanie tzw. stawu rzekomego w środku kości. To miejsce jest wybitnie słabsze w porównaniu z sąsiednimi obszarami i stanowi punkt krytyczny, najbardziej narażony na uszkodzenia. Wtedy mamy potencjalne źródło problemów. Dlatego z punktu widzenia chirurga pracującego w jednostce wykonującej tego typu operacje, dobrze jest mieć do dyspozycji biomateriał elastyczny. Chirurg wie, że jeśli ma do czynienia z ubytkiem, który jest trudny do wypełnienia sztywnym i twardym implantem, to może skorzystać z materiału elastycznego, którym wypełni ubytek w 100 procentach, bez pozostawiania pustych przestrzeni.

Polecamy także:

Prof. Marek Krzystanek: AI powinna wspomagać, ale człowiek leczyć

Czy ta „sztuczna kość” - proszę wybaczyć, że znowu użyję tego mało naukowego określenia, ale za to bardzo obrazowego - jest pierwszym takim elastycznym materiałem?

Nie, materiały elastyczne, o których mówimy, świat ortopedyczny już znał. Natomiast po pierwsze było ich na rynku niewiele, po drugie były drogie, a po trzecie jako komponent zawierały najczęściej kolagen zwierzęcy lub fibrynę, czyli włóknik izolowany w krwi. Materiały tego typu miały swoje plusy i minusy. Kolagen czy fibryna są związkami degradowalnymi, więc stopniowo ulegają eliminacji w miejscu ubytku, tworząc tym samym przestrzeń dla wnikania komórek tkanki kostnej. To jest bardzo pozytywna cecha. Ale jednocześnie są one białkami, najczęściej zwierzęcymi, więc potencjalnymi alergenami. Obecność takich substancji w niektórych przypadkach może sprowokować odrzucenie implantu, który jest postrzegany przez organizm jako niekompatybilne ciało obce. Może wtedy nastąpić masywny proces zapalny i martwica, co generuje konieczność usunięcia implantu razem z otaczającą go tkanką kostną, przez co w konsekwencji może powstać ubytek nawet większy niż ten pierwotny. Ostatecznie, trzeba w trakcie kolejnej operacji zastosować nowy materiał wypełniający, by dać tkance kostnej drugą szansę na regenerację.

To dlatego zaczęliśmy się zastanawiać, czy możemy w tworzeniu kompozytu kościozastępczego o elastycznych właściwościach zastąpić polimery pochodzenia zwierzęcego innymi polimerami elastycznymi. Jednym z kandydatów, którego braliśmy w naszych badaniach pod uwagę, był bakteryjny polimer - kurdlan. Dokonaliśmy próby połączenia go z ceramiką wapniowo-fosforanową, która jest często stosowana w ortopedii i stomatologii do wypełniania ubytków kostnych. I tak powstał materiał, który obecnie nosi nazwę FlexiOss. Łączy on cechy ceramiki z jej wszystkimi dobrodziejstwami, ale jednocześnie zawiera komponent elastyczny, który zespaja fragmenty ceramiczne w całość. Ten polimer sprawia, że kompozyt po nasączeniu jakimkolwiek wodnym roztworem jest elastyczny, podatny na cięcie i dociskanie, przez co dostosowuje się do nieregularnych wymiarów ubytku kostnego i nie pozostawia niebezpiecznych pustych stref, które mogą później wygenerować komplikacje.

Najważniejszym wyróżnikiem tego materiału jest brak w nim białka zwierzęcego?

Tak, to jeden z najmocniejszych punktów. Widzimy tu też inną zaletę. Białko zwierzęce jest niechętnie postrzegane przez wyznawców niektórych religii, np. muzułmanów, jako potencjalny implant. Niestety składnikiem elastycznych biomateriałów komercyjnie dostępnych jest najczęściej kolagen, który jest właśnie białkiem zwierzęcym. Nasz produkt nie prowokuje takich dylematów u osób, które są przeciwne stosowaniu materiałów implantacyjnych zawierających komponenty odzwierzęce, bo po prostu takich komponentów nie zawiera.

Jak wygląda taki materiał i jak się go wprowadza podczas operacji?

Dla zastosowań w chirurgii ludzkiej produkowany jest obecnie w formie walców o trzech różnych długościach: 1 cm, 3 cm, 5 cm. Chirurg może wybrać odpowiedni rozmiar kompozytu. Jeśli zaś ubytek, który musi wypełnić, jest większy (na przykład ma około 7 cm), chirurg może sięgnąć po dwie kształtki różnych rozmiarów i połączyć je. Po dokonaniu wyboru chirurg może opcjonalnie nasączyć kompozyt (w roztworze soli fizjologicznej, w osoczu albo we krwi własnej pacjenta, a także w wodnym roztworze antybiotyku, który lekarz chciałby użyć do lokalnego zabezpieczenia implantu i najbliższego środowiska przed infekcją pooperacyjną). Dodatkowo rodzaj wybranego leku może zależeć od decyzji chirurga, który może sięgnąć po taki antybiotyk, który ma największe szanse efektywnie zabezpieczyć implant przed infekcją pooperacyjną, na przykład taki, który sugeruje mu wykonany wcześniej antybiogram. Z naszych badań wynika, że materiał nasiąka lekiem i oddaje go do środowiska przez co najmniej kilkanaście dni od przeprowadzenia zabiegu. Po namoczeniu staje się podatny na cięcie i dociskanie i pozwala na dokładne, staranne wypełnienie ubytku kostnego. Następnie chirurg zamyka ranę, a implantowany biomateriał zaczyna podlegać procesowi przebudowy w tkankę kostną, czego efektem jest stopniowe twardnienie i nabieranie odporności na coraz większe obciążenia mechaniczne.

Polecamy także: Przemysław Czuma: To znak czasów. Do duetu pacjent - lekarz dołącza AI

Czy materiał jest stosowany w polskich szpitalach? To jest już rozwiązanie, które znajduje się w produkcji przemysłowej?

Tak, przeszliśmy cały proces certyfikacji tego materiału, czyli, mówiąc kolokwialnie, mamy znak CE, który uprawnia do sprzedaży naszego produktu nie tylko w Polsce, ale i na rynkach europejskich. Z posiadanych przeze mnie informacji wynika, że nasz produkt trafił już do przynajmniej kilkunastu polskich szpitali, mowa tu oczywiście tylko o placówkach publicznych. To nie jest oszałamiająca liczba, ale proszę pamiętać, że to dopiero początki. Przed nami zadanie trafienia do lekarzy z nowym, nieznanym im wcześniej produktem. Wszyscy lekarze mają znane sobie biomateriały implantacyjne, które znają i do których mają już zaufanie. Ponadto rynek polski w ogóle jest rynkiem, na którym nie wykonuje się zbyt wielu tego typu zabiegów.

Dlaczego?

Bo są drogie. Sam biomateriał implantacyjny może kosztować kilka-kilkanaście tysięcy złotych, w zależności od wymaganej ilości produktu w danym przypadku. Nie licząc kosztów przygotowania i przebadania pacjenta, zabezpieczenia dostępu do sali operacyjnej, opłacenia pracy anestezjologa, pielęgniarki asystującej, chirurga… Nie mówimy też o kosztach, które obejmą później ewaluację procesu leczenia w odstępie kilku miesięcy lub lat oraz opieki pooperacyjnej. Dużo zależy od możliwości, jakie ma szpital, jakimi środkami dysponuje na przeprowadzenie tego rodzaju procedur. Próbujemy wejść obecnie na rynki zagraniczne. Jeśli nam się to uda, jeśli nasz produkt zostanie na nie wpuszczony, zauważony i zyska tam zaufanie i renomę, to może się to zwrotnie przełożyć na większe zainteresowanie w Polsce.

To jest świadczenie refundowane w Polsce?

Jak najbardziej, wykorzystanie naszego wyrobu mieści się w zakresie refundacji. Przy czym refundowany jest nie sam wyrób, tylko cała procedura z jego wykorzystaniem. Proces ten dotyczy szpitali publicznych.

To na koniec: co „sztuczna kość” robi w weterynarii, bo wspomniała pani, że i tam jest stosowana?

Kość jest tkanką podobną u ludzi i zwierząt. W trakcie naszych badań okazało się, że sprawdza się też w regeneracji kości zwierzęcej, a ten rynek jest bardzo otwarty na nowinki. Prowadzimy badania nad innymi obszarami zastosowań. W tym roku oczekujemy ukazania się nowych publikacji, które ujawnią wyniki leczenia ubytków tkanki kostnej u różnych zwierząt. Od gryzoni po konie.

Ośrodek naukowy:

Katedra i Zakład Biochemii i Biotechnologii, Wydział Farmaceutyczny, Uniwersytet Medyczny w Lublinie

Zespół: dr hab. n. farm. Anna Belcarz, prof. UM w Lublinie oraz prof. dr hab. Grażyna Ginalska