Pełna nazwa: Urządzenie mikrofluidalne do enkapsulacji substancji aktywnych i sposób jego wytwarzania, mikrofluidalne urządzenie wielokomorowe do enkapsulacji substancji aktywnych

Reklama

Zespół
dr inż. Roman Szafran

Istota wynalazku

Pomimo miliardów dolarów i niezliczonych godzin spędzonych przez naukowców na badaniach, niekończącej się liście przełomowych projektów oraz publikacji naukowych, choroby nowotworowe i neurodegeneracyjne pozostają największą zmorą naszych czasów. Paul Ehrlich uznawany za twórcę podstaw chemioterapii już w 1882 roku marzył o „magicznym pocisku” którym będziemy w stanie selektywnie atakować komórki nowotworowe. Współczesne terapie celowane, które miały uchronić nas od „horroru chemioterapii - tak jak chemioterapia miała powstrzymać terror nowotworów”, pomimo spektakularnych wyników badań in vitro, często rozczarowują na etapie badań klinicznych, bo trudno celować, gdy za przeciwnika mamy „nieuporządkowaną wersję nas samych”. Sukcesywne doskonalenie stosowanych rutynowo technologii medycznych wydaje się koniecznością, dla której wciąż nie widać lepszej alternatywy. Jedną z takich metod jest chemoembolizacja guzów nowotworowych, która wykorzystywana jest dziś jako alternatywna i wspomagająca metoda leczenia pierwotnych i przerzutowych nowotworów wątroby. Metoda ta wykorzystuje kapsułki o średnicach poniżej 1 milimetra, zawierające leki cytostatyczne do blokowania światła tętnic wątrobowych. Dzięki zastosowaniu kapsułek uzyskuje się synergiczny efekt miejscowego działa leku w obrębie jednego narządu oraz „zagłodzenia nowotworu” w rezultacie ograniczonego przepływu krwi w naczyniach krwionośnych. Efekty leczenia byłyby lepsze gdyby rozmiary kapsułek udało się zmniejszyć tak, by mogły one docierać do drobnych naczyń włosowatych guza, blokować je i jednocześnie uwalniać w kontrolowany sposób leki w jego obrębie. W ten sposób można ograniczyć niekorzystne oddziaływanie cytotoksyczne leku na zdrowe tkanki oraz, co istotne, wydłużyć czas jego uwalniania wprost do tkanek guza. To właśnie idea stworzenia mikrokapsułek do embolizacji guzów nowotworowych o średnicach nie większych niż kilkadziesiąt mikrometrów przyświecała nam gdy pracowaliśmy nad nową konstrukcją urządzenia mikrofluidalnego. Dzięki specyficznym warunkom hydrodynamicznym w opracowanym przez nas czipie mikrofluidalnym można formować, niejako „sztuka po sztuce”, identyczne kapsułki otoczone powłoką o kontrolowanych właściwościach. W ich wnętrzu można zamykać nie tylko leki, ale też inne substancje bioaktywne np. hormony. Takie mikrokapsułki po implantacji pod skórą uwalniają stopniowo swą zawartość w długim okresie czasu. Dziś już wiemy, że obszar zastosowania wynalazku w przyszłości może być daleko szerszy niż początkowo zakładaliśmy. Formowanie hydrożelowych kapsułek zawierających komórki macierzyste to kolejne ciekawe zastosowanie mikrosystemu w medycynie regeneracyjnej, gdzie komórki macierzyste wykorzystuje się w walce z chorobami neurodegeneracyjnymi – np. chorobą Parkinsona, Alzheimera, Huntingtona, stwardnieniem rozsianym i zanikowym bocznym czy uszkodzeniami rdzenia kręgowego. Niestety i tu pojawiły się problemy – przeżywalność i retencja komórek macierzystych po przeszczepie jest niska z racji stresu oksydacyjnego, hipoksji, stresu termicznego, anoikis (jedna z przyczyn apoptozy czyli zaprogramowanej śmierci komórki) oraz odpowiedzi układu immunologicznego biorcy. Rozwiązaniem jest ich mikroenkapsulacja dla zapewnienia optymalnych warunków przeżycia. Unikalną cechą mikrourządzenia jest sprzężona wirowa komora mieszania i kapsułkowania, która zapewnia łagodne warunki zamykania żywych komórek lub ich aglomeratów (niskie wartości naprężeń ścinających), a jednocześnie umożliwia ujednolicenie składu każdej z kapsułek bezpośrednio przed ich uformowaniem. Jest to ważna cecha, gdyż precyzyjna kontrola liczby zamykanych komórek oraz gradientów stężeń substancji w rdzeniu kapsułki w istotny sposób wpływa na przeżywalność komórek macierzystych. Kolejne istotne cechy urządzenia to: kompaktowe, niewielkie rozmiary, warstwowa budowa - tania i prosta w masowej produkcji metodami bezpośrednimi, brak ruchomych elementów mechanicznych i elektronicznych, a tym samym łatwość sterylizacji, biokompatybilność oraz współpraca z medycznymi pompami infuzyjnymi. Wszystkie te cechy składają się na oryginalną właściwość urządzenia - możliwość enkapsulacji komórek in situ, na sali operacyjnej lub w gabinecie zabiegowym, bez zbędnej zwłoki, bezpośrednio po pobraniu komórek od dawcy, a przed wszczepieniem ich pacjentowi.

Potencjał komercjalizacji

Wynalazek znajduje zastosowanie w badaniach podstawowych, przy formulacji nowych postaci leków w formie mikrokapsułek, ale również może znaleźć zastosowanie w nowych procedurach medycznych, w onkologii i medycynie regeneracyjnej.
Potencjalni nabywcy zainteresowani wynalazkiem:
- ośrodki naukowo-badawcze,
- firmy farmaceutyczne,
- producenci sprzętu medycznego,
- dostawcy zaawansowanych usług medycznych, w tym szpitale i kliniki medyczne.