Podwaliny projektu „Innowacyjne materiały hybrydowe użyteczne w wytwarzaniu opatrunków do leczenia stopy cukrzycowej” bezpośrednio związane są z moimi zainteresowaniami tj. związkami naturalnymi, w tym peptydami. Punktem wyjścia były prace badawcze nad poszukiwaniem minimalnych fragmentów białek warunkujących ich agregację, co finalnie prowadzi do tworzenia nierozpuszczalnych depozytów określanych jako amyloidy. Skupiłam się na badaniu dwóch hormonów regulujących gospodarkę węglowodanową, tj. Insuliny oraz Amyliny. Obydwa te polipeptydy ulegają agregacji, co jest łączone z rozwojem cukrzycy typu II. Poszukując minimalnych fragmentów hormonów odpowiedzialnych za ich agregację, narodził się pomysł zgłębienia tych badań i znalezienia odpowiedzi na pytanie, czy można wykorzystać właściwości amyloidów (odporność na działanie enzymów proteolitycznych, stabilność konformacyjną oraz bardzo dobre z punktu widzenia nowych materiałów właściwości mechaniczne) do otrzymania nowych materiałów? Innymi słowy, czy krótkie peptydy typu amyloidowego mogą mieć dwie twarze i być swoistym „Dr. Jekyll & Mr. Hyde”?
Wspomniane trzy cechy depozytów amyloidowych były punktem wyjścia do podjęcia badań peptydów jako związków tworzących materiały wielowymiarowe, a to z kolei zapoczątkowało badania nad ich zastosowaniem jako rusztowań (scaffold) użytecznych w medycynie regeneracyjnej. Wykorzystanie peptydów pozwala na pełną biozgodność, gdyż nasze organizmy zbudowane są z białek.
Wcześniejsze badania
Właściwości mechaniczne materiałów peptydowych nie są jednak wystarczające do uzyskania materiałów pozwalających na spełnienie wszystkich oczekiwań stawianych materiałom użytecznym w medycynie regeneracyjnej. Stąd zrodził się pomysł, aby dodatkowo wykorzystać polisacharydy warunkujące osiągnięcie pożądanych właściwości mechanicznych. Połączenie właściwości polisacharydów i peptydów powinno pozwolić na uzyskanie materiałów o odpowiednich właściwościach mechanicznych (polisacharydy) oraz właściwości biologicznych (peptydy, syntetyczne fragmenty białek). Poprawność założenia realizowana była w ramach zakończonego już projektu OPUS 10: „Innowacyjne materiały hybrydowe do regeneracji tkanek wywodzące się wyłącznie ze związków naturalnych”, nad którym pracowały dwa zespoły z Politechniki Łódzkiej: Instytut Chemii Organicznej Wydziału Chemicznego oraz Instytut Materiałoznawstwa Tekstyliów i Kompozytów Polimerowych Wydziału Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów, a także z Akademii Górniczo-Hutniczą i Uniwersytetu Jagiellońskiego.
Realizacja tego projektu pozwoliła na udowodnienie założonej hipotezy badawczej, że wykorzystanie materiałów hybrydowych polisacharydowo-peptydowych pozwala na uzyskanie lepszych właściwości użytkowych niż stosowanie pojedynczych składowych. Z drugiej strony pokazała, że podejście z wykorzystaniem pojedynczych peptydów powinno być zastąpione bardziej holistycznym potraktowaniem problemu regeneracji, gdyż jest to proces bardzo złożony, w który w organizmie żywym zaangażowana jest ogromna ilość związków naturalnych o różnorodnej budowie.
Stąd zrodził się pomysł na podjęcie prób opracowania materiałów użytecznych w leczeniu trudno gojących się ran.
Materiały a jednolita koncepcja leczenia ran przewlekłych
Celem badań jest zaprojektowanie, synteza oraz zbadanie właściwości nowych, wieloskładnikowych hybrydowych materiałów użytecznych w zaopatrywaniu ran trudno gojących się - w tym zespołu stopy cukrzycowej. Finalne materiały hybrydowe będą stanowić podstawę do zaproponowania holistycznego narzędzia do leczenia ubytków. Uzyskane wieloskładnikowe materiały powinny spełniać wszystkie kryteria jednolitej koncepcji leczenia ran przewlekłych - strategia TIME (Tissue debridement, Infection and inflammation control, Moisture balance, Epidermation stimulation). Celem projektu, nad którym obecnie pracujemy jest przywrócenie optymalnych warunków biochemicznych, fizycznych i mikrobiologicznych poprzez usuwanie barier, korekcję zaburzeń wpływających na brak gojenia i wzmacnianie potencjału naturalnych procesów gojenia rany.
Oczekujemy, że w wyniku synergii pomiędzy wyselekcjonowanym zbiorem biologicznie aktywnych peptydów i polisacharydów możliwe będzie uzyskanie nowej generacji materiałów, które będą wpływały na hemostazę; zapalenie; proliferację i re-modelowanie tkanki. Uzyskane materiały posiadać będą odpowiednią strukturę trójwymiarową, wytrzymałość mechaniczną, elastyczność jak również umożliwią wpływanie na poszczególne etapy gojenia.
Badania mają charakter interdyscyplinarny
Projekt „Innowacyjne materiały hybrydowe użyteczne w wytwarzaniu opatrunków do leczenia stopy cukrzycowej” realizowany jest przez konsorcjum, w skład którego wchodzi Politechnika Łódzka, Uniwersytet Medyczny w Łodzi oraz Sieć Badawcza Łukasiewicz — Instytut Włókiennictwa.
Badania prowadzone są wielotorowo i obejmują selekcję fragmentów białek wpływających m.in. na: hemostazę, proliferację i przebudowę tkanki oraz hamowanie rozwoju stanu zapalnego. Selekcja zestawu biologicznie aktywnych peptydów wykonywana jest techniką SPOT pozwalają na jednoczesną syntezę fragmentów białek zaangażowanych w proces gojenia. Działanie takie umożliwi na przebadanie znacznego zbioru białek wpływających na proces gojenia, a tym samym wyselekcjonowanie biologicznie aktywnych peptydów wywodzących się z tych białek.
Komu pomogą opatrunki?
Najczęściej trudno gojące się rany powstają na kończynach dolnych. Są to rany o podłożu naczyniowym (owrzodzenia żylne goleni, rany niedokrwienne w przebiegu miażdżycy oraz rany mieszane żylno- niedokrwienne), zespół stopy cukrzycowej oraz owrzodzenia troficzne (odleżyny). Do pozostałych należą rany immunologiczne, hematologiczne, rany w przebiegu ropnego zgorzelinowego zapalenia skóry, owrzodzenia nowotworowe oraz rany towarzyszące wrodzonym malformacjom naczyniowym. Grono pacjentów potrzebujących specjalistycznych opatrunków jest duże. Problem cukrzycy może dotyczyć nawet 3 mln ludzi w Polsce. Zespół stopy cukrzycowej jest jedną z najczęstszych przyczyn hospitalizacji wśród powikłań cukrzycy i dotyczy ok. 4-10% chorych. Prawdopodobieństwo wystąpienia owrzodzenia u cukrzyków wynosi od 12 do 25% i jest zarazem najczęstszą nieurazową przyczyną amputacji w obrębie kończyn dolnych. Ryzyko utraty kończyny w populacji osób chorych na cukrzycę w porównaniu do populacji ogólnej jest nawet 30-40-krotnie wyższe. Szacuje się, że około 20% hospitalizacji w celu wykonania amputacji dotyczy chorych z rozpoznaną cukrzycą z powikłaniami w zakresie krążenia obwodowego.
Kiedy możliwe będzie upowszechnienie materiałów wśród pacjentów?
Projekt trwa od lipca 2019 roku, tak więc jeszcze za wcześnie, aby mówić kiedy będzie możliwe upowszechnianie materiałów wśród pacjentów. Należy również pamiętać, że jest to projekt obejmujący badania podstawowe, a do końcowego materiału opatrunkowego dostępnego dla pacjenta jeszcze daleka droga.
Beata Kolesińska jest profesorem nauk ścisłych i przyrodniczych w Instytucie Chemii Organicznej PŁ.
