Marcin Soból, Artur Bartkowiak
Istota wynalazku
Istotą wynalazku jest otrzymywanie biopolimerowych nośników hydrożelowych o wysokiej wytrzymałości. W środku takich hydrożelowych mikrokuleczek o wielkości 0,1-5 mm, zwanych także mikrokapsułkami można umieścić rozmaite żywe komórki np. komórki roślinne, zwierzęce, mikroorganizmy (bakterie, drożdże) albo różne związki. W ten sposób izolujemy je od środowiska zewnętrznego co ma istotny wpływ na możliwość ich wykorzystania np. izolacja od niekorzystnych warunków środowiska, wielokrotne zastosowanie takich układów, łatwość wprowadzania do danego środowiska i wyodrębniania po ich wykorzystaniu. W zależności od tego zostanie umieszczone w środku kapsuł możliwe są różne zastosowania, takich układów.
W medycynie można je wykorzystać w transplantologii do otrzymywania sztucznych organów. W środku mikrokapsułek umieszczamy komórki spełniające określone funkcje fizjologiczne pochodzące od różnych dawców, a następnie wprowadzamy do organizmu. Przeciwciała pacjenta nie będą atakować „obcych“ komórek, bo będą one wewnątrz mikrokapsułki i będą niewidoczne dla układu odpornościowego, dzięki czemu nie będzie konieczne stosowanie dużej dawki leków immunosupresyjnych (zmniejszających aktywność systemu odpornościowego biorcy). Z kolei komórki wewnątrz funkcjonujące jako organ mogą produkować związki aktywne wydostające się na zewnątrz mikrokapsułki. Dzieje się tak, ponieważ cała kapsułkach jest porowata, a wielkość tych porów możemy odpowiednio regulować.
Inne zastosowanie to umieszczenie w mikrokuleczkach mikroorganizmów np. bakterii posiadających zdolność produkcji biozwiązków. Na przykład popularny kwas mlekowy produkowany jest w ogromnych bioreaktorach przez bakterie kwasu mlekowego pływające w pożywce. Niestety problemem jest czas potrzebny do uzyskania dużej ilości bakterii oraz oczyszczanie tego związku po procesie biokonwersji. Bakterie zamknięte w mikrokapsułkach produkowałyby kwas mlekowy, a po procesie wystarczyłoby tylko oddzielić je na sicie i można użyć ich ponownie (w naszym przypadku takie układy można używać nawet 7-krotnie). Dodatkowo mniej bakterii pozostaje w pożywce z produktem, co ułatwiłoby oczyszczanie kwasu mlekowego.
W mikrokapsułkach można także umieścić enzymy i wykorzystać przy produkcji mleka bezlaktozowego dla osób uczulonych. Teraz żeby uzyskać takie mleko wrzuca się do niego enzym, który rozkłada laktozę. Niestety po procesie w celu inaktywacji enzymów mleko trzeba podgrzać do wysokiej temperatury, która oprócz enzymu niszczy także wartościowe składniki. Jeśli enzym znajdowałby się wewnątrz mikrokapsułek to cały rozkład laktozy następowałby wewnątrz, a enzym nie dostawałby się do mleka.
Do tej pory mikrokapsułki nie były szeroko stosowane, ponieważ większość z nich jest bardzo delikatna. Szybko ulegają zniszczeniu chemicznemu po wrzuceniu do pożywki, mechanicznemu kiedy uderza w nie mieszadło podczas mieszania albo kiedy bakterie zaczynają rosnąć w ich wnętrzu, niszcząc je od środka. Żeby zwiększyć wytrzymałość mikrokapsułek zaczęliśmy je otrzymywać z różnych polimerów i po wielu, wielu próbach znaleźliśmy takie, dzięki którym nasze mikrokapsułki są silne jak żadne inne.
Potencjał komercjalizacji
Zaprezentowany wynalazek może znaleźć zastosowanie m.in. w firmach biotechnologicznych, które wykorzystują bakterie do produkcji rozmaitych związków. Dla przykładu firmy produkujące kwas mlekowy: np. Przedsiębiorstwo Przemysłu Fermentacyjnego AKWAWIT w Lesznie. Firmy zajmujące się produkcją rekombinowanych białek takie jak Pure Biologics we Wrocławiu, A&A Biotechnology, Gdynia lub BioCentrum Kraków. Zastosowanie mikrokapsułek do tego typu celów pozwoliło by ograniczyć ilości poprocesowej biomasy, a przez to doprowadziłoby do obniżenia kosztów oczyszczania finalnego produktu. Z kolei firmy takie jak Celther Polska, Łódź mogłyby zastosować mikrokapsułki do umieszczenia w ich wnętrzu komórek nowotworowych co pozwala w lepszym stopniu odwzorować dyfuzję leków antynowotworowych. Komórki rakowe zamknięte w trójwymiarowych mikrokapsułach w inny sposób będą się rozwijały tworząc struktury zbliżone do tych kiedy rozwijają się w organizmie i wchodziły w interakcję z lekami, niż te same komórki na płaskiej szalce. Z kolei firmy mleczarskie, mogłyby wykorzystać opracowane mikrokapsułki do produkcji mleka bezlaktozowego dla osób uczulonych na ten cukier. We wszystkich tych przypadkach mamy do czynienia z zastosowaniem takich nośników w procesach, dla której nie ma dzisiaj innej równie efektywnej i/lub ekonomicznie opłacalnej alternatywy.
