Wielofunkcyjne kompozytowe biomateriały nanowłókniste dla inżynierii obwodowej tkanki nerwowej

Akronim: Nano4Nerves
Numer: 2013/11/B/ST8/03401
Program/Konkurs: OPUS 6
Jednostka finansująca: NCN
Kierownik projektu: dr hab. inż. Wojciech Święszkowski, prof. PW
Funkcja: lider
Czas realizacji: 2014-2018

Opis
Wpływ następstw uszkodzeń oraz przewlekłych chorób nerwów na jakość życia oraz koszty socjoekonomiczne z tym związane są niezwykle istotne. Uszkodzenia obwodowego układu nerwowego są niezwykle częste i powodują różnego rodzaju ograniczenia w funkcjonowaniu mięśni, a także mogą prowadzić do niezwykle bolesnych neuropatii.

Głównym projektu było opracowanie oraz charakteryzacja wielofunkcyjnych kompozytowych biomateriałów nanowłóknistych (WKBN) na bazie poliestrów alifatycznych, polimerów przewodzących, białka pochodzenia naturalnego oraz enkapsulowanego czynnika wzrostu. Autorzy postawili hipotezę, iż nowoczesny biomateriał tego typu, przypominający swoją budową mikro- i nanostrukturę macierzy pozakomórkowej naturalnej tkanki (ECM), posiadający zdolność lokalnego kontrolowanego uwalniania czynników bioaktywnych oraz zdolność przewodzenia impulsów elektrycznych, będzie wspomagał różnicowanie się komórek macierzystych pochodzących z tłuszczu (ADSC) w kierunku komórek nerwowych zarówno w warunkach in vitro, jak i in vivo.

W ramach projektu wytworzono dwa rodzaje WKBN: WKBN na bazie nanowłókien kompozytowych (BL) oraz WKBN na bazie nanowłókien kompozytowych typu rdzeń-otoczka (CS), przy pomocy zmodyfikowanej techniki elektroprzędzenia z polimeru syntetycznego, białka naturalnego oraz polimeru przewodzącego z enkapsulowanym czynnikiem wzrostu tkanki nerwowej. Biodegradowalny poliester - kopolimer poli(l-laktydu) z poli(e-kaprolaktonem) stanowił osnowę wytwarzanego materiału, który w celu uzyskania zdolności przewodzenia został wzbogacony o nietoksyczny polimer przewodzący- polianilinę. Aby uzyskać odpowiedni skład chemiczny biomateriału naśladujący skład ECM do kompozytu dodane zostało białko naturalne:kolagen wybrane W celu zapewnienia miejscowego i kontrolowanego uwalniania czynnika bioaktywnego, czynniki wzrostu NGF był enkapsulowany: w osnowie w przypadku WKBN kompozytowych typu BL oraz wewnątrz rdzenia w przypadku WKBN typu rdzeń-otoczka. W celu właściwej ewaluacji postawionej w projekcie hipotezy przeprowadzone zostały zarówno badania in vitro obydwu typów WKBN. z udziałem ADSC oraz zastosowaniem stymulacji elektrycznej. W przeprowadzonych badaniach określony został wpływ metody enkapsulacji czynnika wzrostu warunkujący jego kinetykę̨ uwalniania oraz obecność́ polimeru przewodzącego w kompozytach na wzrost, morfologię oraz różnicowanie ADSC w kontakcie z WKBN. Badaniom poddany został także wpływ przewodności nanowłókien i stymulacji elektrycznej na kinetykę uwalniania czynników wzrostu. Dodatkowo zbadana została biofunkcjonalność WKBN w formie rusztowania 3D in vivo w małym modelu zwierzęcym – szczurze. Realizacja badań in vivo miała na celu zdobycie wiedzy na temat mechanizmu regeneracji tkanki in vivo w obecności nowoczesnego skafoldu oraz ADSC.

Rezultaty przeprowadzonych badań pozwalają na poszerzenie wiedzy z zakresu doboru odpowiednich technik oraz składu przy wytwarzaniu materiałów do aplikacji medycznych oraz pełniejsze poznanie interakcji tego typu materiałów z żywą tkanką. Wiedza zdobyta poprzez analizę otrzymanych wyników może stanowić podstawę do zaprojektowania oraz wytworzenia nowoczesnej degradowalnej prowadnicy nerwu obwodowego. Może ona zostać zastosowana w regeneracji nerwów obwodowych i być alternatywą dla obecnie stosowanych, niedoskonałych metod chirurgicznych.