Przypadek sprawił, że tego samego dnia, gdy ze szczegółami opowiadano mi o projekcie zamienników skóry, za którego powodzenie odpowiada inteligentne podłoże z termosterowalnych polimerów, nieopodal, do szpitala w Rybniku, trafił mężczyzna z najcięższymi z możliwych oparzeniami III i IV stopnia, które obejmowały blisko 95 procent jego ciała, a nadto także drogi oddechowe. Może zresztą w tej zbieżności zdarzeń nie było przypadku, wziąwszy pod uwagę fakt, że z podobnymi konsekwencjami kontaktu z ogniem czy gorącymi przedmiotami bądź działania czynników radiacyjnych, chemicznych lub elektrycznych, boryka się rocznie ponad pół miliona osób w całej Polsce? To prawda, nie zawsze kończy się tak tragicznie – na ogół dotkliwość oparzeń ogranicza się do mniej lub bardziej uporczywego bólu, stosunkowo rzadko prowadzi do śmierci – tym niemniej gdziekolwiek i kiedykolwiek indziej równie łatwo mogło dojść do takiej koincydencji. Tyle że to właśnie na Śląsku, z myślą o osobach ciężko poparzonych lub cierpiących na trudno się gojące, rozległe rany, pracuje się nad rozwiązaniem mogącym zrewolucjonizować proces ich leczenia.

Samoprzylepna karteczka

– Takie hodowle nie są dziś już niczym nadzwyczajnym. Od pacjenta pobiera się niewielki fragment naskórka, który jest „roztrawiany” i dzielony na pojedyncze komórki. Można z niego wyhodować liczbę komórek, wystarczającą by pokryć nawet 60 proc. powierzchni ciała. To istotne w momencie, gdy dochodzi do oparzenia ciężkiego. Po namnożeniu odpowiedniej liczby komórek, ich zawiesinę umieszcza się na ciele. Proces ten niejednokrotnie jest jednak z punktu widzenia pacjenta zbyt długi. Szukaliśmy lepszego rozwiązania – tłumaczy dr Alicja Utrata-Wesołek z Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN w Zabrzu, gdzie po trzech latach intensywnych badań są o krok od nadania hodowli komórek zupełnie nowego wymiaru.

Żeby zobrazować w czym rzecz, moja rozmówczyni bierze do ręki bloczek samoprzylepnych kartek, jakie codziennie zostawia się na lodówce czy ekranie komputera. Odrywa jedną i wyjaśnia, że to w uproszczeniu będzie cel tego eksperymentu. Prowadzące do niego kroki, choć zaczynają się również od pobrania fragmentu komórek skóry i wyłuskania zeń fibroblastów i keratynocytów, wszelako istotnie różnią się od dotychczasowego sposobu postępowania. Można te rozbieżności odnaleźć w samym wysiewie komórek na właściwym podłożu, można w sposobie ich hodowli, ale najbardziej przekonująca jest forma, w jakiej zostaną one transponowane na ranę. Już nie zawiesina, którą spryskuje się oparzone miejsce, lecz nakładany nań arkusz stanowi o istocie pomysłu.

– Kluczem jest tutaj odpowiednie rusztowanie, czyli podłoże, na którym wyhodujemy komórki. W dotychczasowej praktyce oddziela się je od niego enzymatycznie bądź mechanicznie, co siłą rzeczy redukuje część hodowli. Przeskoczyliśmy to – podkreśla, przy okazji wspominając niejedną wizytę w kooperującym z zespołem naukowców Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach Śląskich. Rocznie w jednym z najnowocześniejszych tego typu ośrodków w Europie leczy się ponad 1,3 tys. osób. Co trzecia trafia tam w stanie zagrożenia życia. Wśród nich są ofiary wypadków, katastrof górniczych, chemicznych, pożarów…

Polimery o wysokim IQ

– Nasz zespół pracuje nad wytworzeniem podłoża umożliwiającego wyhodowanie arkusza komórek skóry, który ma zastąpić skórę uszkodzoną w wyniku oparzeń. Taki arkusz lekarz mógłby za pomocą specjalnego urządzenia przenieść na ranę – wskazuje dr Utrata-Wesołek.

Wpierw trzeba jednak ten arkusz odseparować od podłoża, pamiętając wszak, by nie naruszyć jego integralności. Sięgnięto w tym celu po polimery reagujące na bodźce środowiska. Nie wszystkie polimery posiadają tę szczególną wrażliwość, ale spora część z nich jak najbardziej. To tak zwane polimery inteligentne, które zmieniają swoje właściwości pod wpływem temperatury, pH, światła czy obecności substancji biochemicznych. W tym konkretnym przypadku chodziło o termoczułość.

Nie od razu jednak natrafiono na te właściwe. Z szeregu wytypowanych do tego projektu część odrzucono, bo przy ich użyciu synteza podłoży okazała się wyjątkowo trudna. Inne z kolei powodowały, że komórki namnożone na takich podłożach nie chciały się odseparować, więc znów trzeba było stosować metody mechaniczne, a nie o to przecież chodziło. Ostatecznie skoncentrowano uwagę na poli(metakrylanach glikoli oligoetylenowych) i poli(2-podstawionych-oksazolinach), które wykazały biozgodność w stosunku do komórek skóry. Ponadto umożliwiają one uzyskanie pojedynczej warstwy zarówno fibroblastów, jak i keratynocytów. Te właśnie polimery miałyby stanowić podłoże do hodowli komórek skóry, którą prowadzi się w specjalnej pożywce, w atmosferze 5 procent dwutlenku węgla i w temperaturze 37 stopni.

– W takich warunkach podłoże termoczułe jest hydrofobowe, czyli, najprościej rzecz ujmując, nielubiące wody. Komórki chętnie wtedy do niego przylegają i rosną aż do wytworzenia pełnego arkusza. Krótko mówiąc, dobrze się hodują. Obniżenie temperatury do około 20 stopni powoduje natychmiastową zmianę charakteru podłoża na hydrofilowe. Wówczas komórki już się nie przyklejają i możliwe jest oddzielenie arkusza. Zresztą on już wtedy sam odchodzi od matrycy, niczym ta samoprzylepna karteczka. I co istotne, bez naruszenia swojej integralności – podkreśla dr Alicja Utrata-Wesołek.

Teraz inżynieria tkankowa?

Dzięki takiemu termoprzełączalnemu podłożu, umożliwiającemu pełną kontrolę najpierw procesu hodowli, a później oddzielania arkusza, nie ma już potrzeby stosowania metod czysto mechanicznych, polegających na zeskrobywaniu komórek z podłoża nożem, co powoduje ich niszczenie, dochodzące niekiedy nawet do 40 procent, ani biochemicznych, które z kolei wiążą się z działaniem enzymów, bardzo często również szkodliwym. Arkusz tymczasem daje oczywistą przewagę, pozwalając nie tylko znacznie skrócić czas hodowli komórek. Wartością samą w sobie tej metody jest to, że przy przenoszeniu z matrycy na ranę żadna komórka nie ginie i nie trzeba tym samym odnawiać hodowli.

– Jeśli mamy do czynienia z raną o wielkości np. 100 cm kwadratowych, to można wyhodować pięć mniejszych arkuszy i to w jednym cyklu. W przypadku zawiesiny potrzeba kilku cykli, z których każdy trwa około trzech tygodni – ilustruje różnicę moja rozmówczyni, dodając, że czas hodowli zależy też od tego, jakimi komórkami się dysponuje. Przecież komórki dwóch pacjentów różnią się, a trzeba też pamiętać, że nie pochodzą one z banku in vitro i nie mają zwiększonej żywotności. Jak zapewniają w zabrzańskim Centrum, taki arkuszowy opatrunek powinien przyjąć się bez żadnych problemów, wszak będą to komórki własne pacjenta. Będzie izolował ranę, nie dopuści do zakażenia i ułatwi samoistne leczenie. Spowoduje bowiem, że rana zacznie się goić, a organizm pacjenta zacznie z czasem wytwarzać własne komórki, które niejako „przerosną” nałożony arkusz.

– Ten projekt z powodzeniem zakończyliśmy trzema zgłoszeniami patentowymi, dotyczącymi syntezy podłoża, właściwości i hodowli komórek. Mając już podłoże do hodowli, chcemy je teraz zoptymalizować, wystandaryzować, przygotować plan technologiczny, tak żeby opracowana przez nas metoda była powtarzalna i możliwa do zastosowania w praktyce, głównie myślimy tu o siemianowickim Centrum Leczenia Oparzeń – mówi dr Alicja Utrata-Wesołek, zastrzegając przy tym, że to innowacyjne rozwiązanie jeszcze nie było testowane na ludzkim ciele. Na razie eksperymenty nie wyszły poza laboratoria Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN oraz partnerów projektu: Śląskiego Uniwersytetu Medycznego, wspomnianego Centrum Leczenia Oparzeń oraz Politechniki Łódzkiej. Mimo to zainteresowanie dotychczas osiągniętymi, wielce obiecującymi wynikami już jest spore.

Nie ma jednak mowy o spoczywaniu na laurach. Trwają właśnie prace nad narzędziem, które umożliwiłoby pasażowanie, czyli przeniesienie całego arkusza, niezwiniętego, z matrycy na inne miejsce. Kontynuując badania, zespół pod kierunkiem prof. Andrzeja Dworaka, dyrektora CMPW PAN, poszerzył je o komórki nabłonka. A i to nie koniec, bo już myśli się o tym, gdzie jeszcze można by te podłoża wykorzystać. To pionierskie rozwiązanie – pracują nad nim wprawdzie też ośrodki z Japonii i USA, ale na innym polimerze i nieco odmienną techniką – nie musi być przecież ograniczone jedynie do komórek skóry. Tak samo można by namnażać i odczepiać od matrycy i inne komórki.

Szukając nowych możliwości moja rozmówczyni wskazuje na zastosowanie tej metody wszędzie tam, gdzie niezbędna jest inżynieria tkankowa. Uśmiecha się przy tym tajemniczo, nie chcąc póki co niczego więcej zdradzać. Ale i tak w pełni rozwiewa wątpliwości co do tego, że w tym akurat miejscu cokolwiek może być dziełem przypadku.