Przełom: polscy naukowcy tworzą materiały, które odbudują kość. Potrzebna kropka nad „i”

Do Kliniki Ortopedii WUM przychodzą osoby po wypadkach i na planowe operacje; często to „trudni” pacjenci: m.in. po poważnych urazach, a także gdy endoproteza ulegnie infekcji lub obluzuje się i trzeba ją wymienić. Są tu leczeni także pacjenci z guzami kości, u których trzeba chirurgicznie usunąć tkankę nowotworową. Po wielu tego rodzaju zabiegach powstają ubytki kostne, często duże.

– W przypadku większych ubytków kości mamy problem, gdyż kość nie jest w stanie się zregenerować. W trudnych przypadkach radziliśmy sobie przeszczepami z banku tkanek, czyli od osób zmarłych. Taka kość jednak rzadko prawidłowo się wbudowywała, zdarzały się miejscowe infekcje. Innym sposobem jest pobranie przeszczepu kostnego od pacjenta, ale to wiąże się z kolejnym zabiegiem i ryzykiem złamania. Często spory ubytek trzeba uzupełnić cementem, ale to też nie jest optymalne rozwiązanie, gdyż cement po pewnym czasie kruszy się – mówi prof. Paweł Łęgosz.

W wielu przypadkach lepszym rozwiązaniem byłoby zastosowanie specjalnego materiału kościotwórczego: hydroksyapatytu, który jest naturalnym budulcem kości. Po wypełnieniu nim ubytku, kość potrafi się zregenerować.

– Oczywiście, dziś też mogę zastosować ten materiał od dostawców komercyjnych, jednak jest on bardzo kosztowny. Gdybym chciał wypełniać nim ubytki kostne u wszystkich pacjentów, których codziennie operuję, pochłonęłoby to wszystkie środki szpitala. Dlatego cieszę się ze współpracy z Instytutem Wysokich Ciśnień i mam nadzieję, że hydroksyapatyt opracowany przez Instytut, przy współpracy z nami, będę mógł zastosować do leczenia pacjentów. Dzięki temu będziemy mogli lepiej im pomóc – zaznacza prof. Łęgosz.

Hydroksyapatyt, opracowany przez Instytut Wysokich Ciśnień, przy współpracy z lekarzami z Kliniki Ortopedii WUM, ma wyjątkowe właściwości, dzięki którym jeszcze lepiej stymuluje kościotworzenie.

Wynalazek polskich naukowców: hydroksyapatyt nanocząsteczkowy

Instytut Wysokich Ciśnień PAN to instytut z kategorią A; w ostatnich latach prowadzone są w nim prace badawcze również w zakresie zastosowania nanotechnologii w medycynie, m.in. w celu stymulowania regeneracji tkanki kostnej po urazach ortopedycznych. W Laboratorium Nanostruktur od 20 lat prowadzone są badania nanocząstek, a od 6 lat nanomateriałów dla potrzeb medycyny regeneracyjnej. Opracowano tu m.in. nowatorską technologię syntezy nanohydroksyapatytu, który ma takie same właściwości jak ten, który jest naturalnym budulcem kości.

– W naszym Laboratorium Nanostruktur wytworzyliśmy hydroksyapatyt, którego przewaga nad innymi wynika z rozmiaru. Opracowaliśmy technologię, która pozwala na kontrolę wielkości nanocząstek; dzięki temu jesteśmy w stanie jak najbardziej zbliżyć się do naturalnego hydroksyapatytu, który mamy w kościach. We współpracy z prof. Pawłem Łęgoszem i Kliniką Ortopedii WUM zaproponowaliśmy rozwiązania dotyczące regeneracji ubytków kostnych. Jesteśmy w stanie stymulować wzrost i regenerację tkanki kostnej, np. poprzez wysyłanie sygnałów wapniowych z hydroksyapatytu, co wspomaga namnażanie komórek kościotwórczych i regenerację kości – tłumaczy dr Urszula Szałaj z Instytutu Wysokich Ciśnień.

– Gdy pierwszy raz usłyszałem o hydroksyapatycie, opracowywanym w Instytucie Wysokich Ciśnień, szeroko otworzyły mi się oczy, ponieważ jest wielu pacjentów, którym w ten sposób moglibyśmy pomóc. Zwiedzałem wiele laboratoriów za granicą, gdy jednak trzy lata temu pierwszy raz odwiedziłem Instytut Wysokich Ciśnień, byłem szczęśliwy, że kilka kilometrów od naszej kliniki jest tak nowoczesne laboratorium, dużo lepsze niż to, co widziałem w Niemczech czy USA – zaznacza prof. Łęgosz.

Hydroksyapatyt nanocząsteczkowy może mieć wiele zastosowań, np. można nim pokrywać implanty, wszczepiane pacjentom podczas operacji ortopedycznych. Laboratorium Instytutu ma patent na technologię ultradźwiękowego pokrywania implantów ortopedycznych nanocząstkami hydroksyapatytu. – Zmniejsza to ryzyko infekcji stawu, a my cały czas borykamy się z tym problemem: 2-3 proc. pacjentów ma infekcje po zastosowaniu implantów. Pokrycie implantu taką warstwą powoduje, że przez pierwszy tydzień nie powstaje biofilm na implancie, co redukuje ryzyko infekcji. Poza tym lepiej integruje się on z tkanką kostną. Gdybym mógł zastosować implant pokryty tym hydroksyapatytem, to miałbym pewność, że wszczepiany przeze mnie pacjentowi implant nie obluzuje się – podkreśla prof. Łegosz.

– Pokrycie implantów hydroksyapatytem powoduje, że komórki lepiej przylegają do powierzchni i szybciej namnażają się, dzięki czemu uzyskujemy lepszą stabilność implantu. W Instytucie bardzo cieszymy się ze współpracy z Kliniką Ortopedii, dzięki temu możemy lepiej rozwijać nasze materiały i dostosowywać je do potrzeb pacjentów. Lekarze będą mogli wszczepić implant, który szybciej zintegruje się z tkanką kostną – zaznacza dr Urszula Szałaj.

Badacze czekają na zrozumienie i grant. Potrzebne badania kliniczne

Inżynierowie z Instytutu Wysokich Ciśnień, wspólnie z lekarzami Kliniki Ortopedii, mają wiele pomysłów na zastosowanie nanocząstek hydroksyapatytu – w postaci proszku, pasty, pokrycia implantów. Na razie nie można jednak nowych materiałów zastosować u pacjentów: konieczne jest przeprowadzenie wcześniej badań klinicznych. Badacze liczą na grant, który pozwoli im na kontynuowanie badań.

– Mamy nowoczesne laboratoria; dzięki wcześniejszemu grantowi wspólnemu z WUM mogliśmy wdrożyć standard wytwarzania, wybudowaliśmy specjalne przestrzenie Clean Room, w których są zachowane odpowiednie warunki, by produkt był czysty, bezpieczny, spełniał standardy. Wybudowaliśmy reaktory mikrofalowe, dzięki czemu możemy kontrolować wielkość nanocząstek, mamy wykonany panel biozgodności, który potwierdza bezpieczeństwo i skuteczność działania naszych materiałów na liniach komórkowych i zwierzętach. Ostatnim elementem są badania kliniczne, na które poszukujemy finansowania – dodaje dr Szałaj.

Naukowcy chcieliby innowacyjne materiały nie tylko badać i chwalić się patentem, lecz także stosować u pacjentów. Bez przeprowadzenia badań klinicznych nie jest to możliwe.

– Dziś mogę tylko korzystać z produktów komercyjnych. Świat jednak nie śpi, firmy zagraniczne zarabiają na tym gigantyczne kwoty – zaznacza prof. Łęgosz.

Dzięki zastosowaniu nowoczesnych materiałów wielu pacjentów mogłoby być lepiej leczonych. Chodzi tu nie tylko o leczenie urazów i ubytków kości po operacjach nowotworowych, ale także o często wykonywane operacje endoprotezowania. Dziś najbardziej nowoczesna metoda polega na wszczepianiu implantów „szytych na miarę”, dopasowanych do pacjenta.

– W Polsce jestem pionierem wykorzystywania implantów „custom made” w operacjach nieonkologicznych, wykonujemy wiele tego typu operacji, jednak taki implant jest bardzo kosztowny. Gdybyśmy mogli stosować nanocząsteczkowy hydroksyapatyt, to w wielu przypadkach moglibyśmy wszczepiać standardowe implanty, a ubytki uzupełniać w miarę możliwości właśnie taką substancją. Byłoby to skuteczne leczenie, a jednocześnie redukowalibyśmy jego koszty. Polska medycyna nie ma tyle pieniędzy, by wyrzucać je w błoto – zaznacza prof. Łęgosz.

Zaznacza, że są dni, kiedy dziś nawet kilka razy dziennie sięga na półkę z fiolką z substancją kościozastępczą. – Bywają sytuacje, kiedy do ubytku muszę zastosować trzy takie fiolki. Jako dyrektorowi medycznemu i kierownikowi kliniki ciężko mi podjąć taką decyzję, ze względu na koszty dla szpitala, jednak życie i zdrowie jest bezcenne i nie wyobrażam sobie, żebym miał połowiczo leczyć pacjenta. Dlatego chciałbym móc skorzystać z najlepszych materiałów, stworzonych przez polskich naukowców, zaoszczędzić fundusze i leczyć lepiej więcej pacjentów – dodaje prof. Łęgosz.

Hydroksyapatyt jest wykorzystywany nie tylko w ortopedii, ale także w chirurgii szczękowo-twarzowej, stomatologii: polskie materiały również tu mogłyby znaleźć zastosowanie. – Nasze materiały stosujemy na modelach zwierzęcych, są stosowane przez weterynarzy w leczeniu zwierząt. Próbujemy wyjść z tym na świat, licząc na zainteresowanie recenzentów grantów, głośno mówiąc, jak bardzo jest to potrzebne pacjentom i polskiej medycynie – zaznacza prof. Łęgosz. I jeszcze raz wylicza: – Popatrzmy, ile jest rocznie wypadków, złamań, powikłań po leczeniu złamań, operacji nowotworowych, kiedy musimy wypełnić „dziurę” po ubytku kostnym. Brakuje nam tego ostatniego ogniwa, żebyśmy mogli zastosować polską myśl naukową w leczeniu pacjentów.