Co można uzyskać dzięki wynalazkowi

Biodegradowalne aerożele chitozanowe otrzymywane z biomasy odpadowej (odpady z przemysłu spożywczego w postaci pancerzy krewetek, krabów, homarów) służą jako podłoże do hodowli komórek, które następnie można wykorzystać do przeszczepów. Biozgodne podłoża mają zdolność kontrolowanego uwalniania substancji czynnej oraz właściwości bioaktywne (mogą stymulować wzrost komórek), co świadczy o ich innowacyjności na skalę światową. Bezpośrednimi odbiorcami wynalazku są pacjenci, którzy z powodu utraty funkcjonalności tkanek lub narządów wymagają przeszczepu dla ratowania zdrowia lub życia. Przeszczep narządu lub wszczepianie biomateriałów i konstruktów biomimetycznych (specjalnych rusztowań) w celu zastąpienia wadliwych fragmentów tkanek (m.in. kostnej, nerwowej, skóry oraz elementów układu krwionośnego) stanowi dla nich jedyną szansę leczenia. Hodowla odpowiednich komórek pobranych z organizmu pacjenta na specjalnych podłożach, zwłaszcza 3D, pozwala na otrzymanie w pełni funkcjonalnych tkanek, co w przyszłości umożliwi odtwarzanie całych narządów, np. wątroby, eliminując ryzyko odrzucenia przeszczepu. Rusztowania z aerożeli chitozanowych są odpowiedzią na potrzeby medycyny regeneracyjnej. Na rynku nie istnieją biomateriały, które cechowałyby się biokompatybilnością, biodegradowalnością, antybakteryjnością przy jednoczesnej bioaktywności, odpowiednich właściwościach fizykochemicznych oraz niskiej cenie. Opracowana na PK technologia pozwala na personalizację biomateriałów (kontrola porowatości, twardości itp.), jest w pełni ekologiczna i zgodna z zasadami Zielonej Chemii. Wynalazek ma szansę zrewolucjonizować polską transplantację nie tylko dzięki swoim właściwościom, ale też rekordowo niskiemu kosztowi produkcji (jedynie 2 zł za 20 cm3). Dostępne obecnie materiały o podobnym zastosowaniu są nawet 100 razy droższe.

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku są biomateriały chitozanowe oraz technologia ich otrzymywania do zastosowań w medycynie regeneracyjnej. Aerożele chitozanowe stanowią alternatywę dla tradycyjnej transplantologii. W ramach badań opracowano przyjazną środowisku technologię otrzymywania zaawansowanych podłoży na bazie biopolimeru - chitozanu, otrzymywanego z biomasy odpadowej - chityny - stanowiącej główny składnik pancerzy krabów i krewetek. Nowe materiały do hodowli komórek i tkanek cechuje m.in.: biodegradowalność (umieszczone wewnątrz ciała pacjenta ulegną rozkładowi biologicznemu), biozgodność, antyalergiczność, działanie antyoksydacyjne (zapobiega wystąpieniu tzw. stresu oksydacyjnego po umieszczeniu biomateriału w organizmie, co prowadzi do uszkodzenia komórek w wyniku powstania wolnych rodników tlenowych), działanie antypirogenne (zapobiega powstawaniu stanów zapalnych po umieszczeniu w organizmie, dzięki czemu eliminuje się ryzyko odrzucenia wszczepu/przeszczepu), bioaktywność (mogą stymulować wzrost komórek i tkanek), działanie antybakteryjne (nie ma ryzyka zakażenia hodowli w warunkach laboratoryjnych oraz nie ma zagrożenia wprowadzenia bakterii do ciała pacjenta podczas umieszczania rusztowania z zaszczepionymi komórkami). Nowe materiały są również nietoksyczne, biokompatybilne, posiadają trójwymiarową strukturę, mają działanie hemostatyczne (zapobiega krwotokom, to szczególnie ważne przy hodowli komórek będących elementem układu krwionośnego). Do syntezy biomateriałów stosowane są jedynie biokompatybilne i bioaktywne komponenty, m.in. naturalnie występujące w organizmie człowieka. Opracowana technologia pozwala na dopasowanie właściwości fizykochemicznych, takich jak porowatość czy twardość do konkretnych wymagań, np. typu komórek. Dzięki temu możliwe jest hodowanie tkanek różnego rodzaju na tym samym podłożu bez konieczności opracowywania nowego biomateriału. Co więcej, biomateriały posiadają zdolność kontrolowanego uwalniania substancji czynnej, np. leku przeciwnowotworowego. Rusztowanie otrzymywane jest w prosty, przyjazny środowisku sposób, a technologia produkcji jest bezodpadowa, zgodna z zasadami Zrównoważonego Rozwoju i Zielonej Chemii oraz niezwykle tania. Proponowane biomateriały chitozanowe zachowują podobieństwo do struktur naturalnie występujących w ciele człowieka, a także mogą być otrzymywane w formie cząstek, filmów i trójwymiarowych żeli, co umożliwia ich personalizację.
Badania przeprowadzone na próbkach testowych przez Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach Śląskich wykazały brak cytotoksyczności biomateriałów oraz działanie bioaktywne polegające na przyspieszeniu proliferacji komórek macierzystych i keratynocytów. Ponadto podłoża wpływały pozytywnie na zachowanie żywotności komórek. Biomateriały pomyślnie przeszły próby sterylizacji z użyciem metod stosowanych w centrach transplantacyjnych. Dodatkowo analiza mikrobiologiczna biomateriałów wykonana zarówno przed, jak i po sterylizacji wykazała brak obecności mikroorganizmów.

Potencjał komercjalizacji

Aerożele chitozanowe to podłoża do hodowli komórek, które umożliwiają odtworzenie zniszczonych tkanek pacjenta. Odbiorców bezpośrednich stanowią osoby wymagające przeszczepu w celu ratowania życia i/lub zdrowia. Odbiorcy pośredni to firmy biotechnologiczne/farmaceutyczne z rynku medycyny regeneracyjnej, który jest jednym z najszybciej rozwijających się segmentów gospodarki i według raportu Research and Markets wart jest obecnie 18,9 mld dolarów, a do roku 2021 przekroczy wartość 53 mld dolarów. Około 50% całego rynku zajmuje Ameryka Północna, zaś Europa jest na drugim miejscu.

O potencjale wynalazku także w materiałach mediów:
http://naukawpolsce.pap.pl/aktualnosci/news,412479,wynalazek-krakowskich-naukowcow-moze-wspomoc-transplantologie.html
http://dziendobry.tvn.pl/wideo,2064,n/ze-smieci-tworza-zaawansowane-biomaterialy,222701.html
https://krakow.tvp.pl/29334559/nowe-technologie-dla-bezpieczenstwa-i-zdrowia