Budują rusztowania, na których będzie można wyhodować serce

Chcą ratować pacjentów czekających na przeszczep wątroby albo skóry za pomocą… śmieci. Dosłownie. Do ich laboratorium na Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej prosto z Azji trafiają odpady z talerzy entuzjastów krewetek, krabów czy homarów. Wystarczy pięć dni intensywnej pracy i kilka tajemnych chemicznych zaklęć, by wyciągnięte z kosza pancerze skorupiaków zamieniły się w innowacyjne zaawansowane biomateriały, które swoje zastosowanie mają znaleźć m.in. w transplantologii i onkologii.

- Chitozan, który pozyskujemy z takich odpadów, ma bardzo wiele korzystnych właściwości. Jest zbudowany z substancji podobnych do tych, które wchodzą w skład ludzkiego ciała. Dzięki temu jest dla człowieka nietoksyczny, a wszczepiony do organizmu nie wywoła reakcji obronnej, nie doprowadzi do zakażenia czy powstania skrzepów krwi - wyjaśnia mgr inż. Julia Radwan-Pragłowska, która wspólnie z dr. inż. Markiem Piątkowskim i mgr. inż. Łukaszem Janusem stworzyła biodegradowalne aerożele chitozanowe.

Dotychczas chitozan powszechnie stosowano głównie w suplementach diety - zgodnie z obietnicami producentów - hamujących głód. Wynalazek krakowian jest pionierski. Struktury, które tworzą, są bowiem na tyle wytrzymałe, że mogą z powodzeniem służyć do trójwymiarowej hodowli ludzkich komórek.

Żeby tkanka człowieka mogła powstać w laboratorium i posłużyć chorym, potrzebuje dobrego podłoża - podobnie jak roślina gleby. Teraz biolodzy wykorzystują w tym celu głównie sztuczne szkielety, które przed przeszczepem trzeba usunąć. Te chitozanowe z powodzeniem można zaś umieścić w ciele człowieka, np. w formie biodegradowalnej zastawki serca i poczekać na ich stopniowy, naturalny rozkład. Co więcej, krakowianie w prosty sposób potrafią swoje aerożele modyfikować, tak, aby dostosować podłoże do specyficznych wymagań poszczególnych rodzajów komórek.

- Obecnie w Polsce do hodowli skóry stosujemy tylko dwuwymiarowe podłoża, takie trójwymiarowe na pewno ułatwiłyby zaś uzyskanie struktury bardziej zbliżonej do ludzkich tkanek. Materiał stworzony przez krakowian wymaga jednak przetestowania i potwierdzenia jego szczególnych właściwości w warunkach klinicznych - tłumaczy dr n. med. Agnieszka Klama-Baryła, kierownik Pracowni Hodowli Komórek i Tkanek In Vitro z Bankiem Tkanek w Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach Śląskich. W jej ośrodku od lat z powodzeniem hodowane są substytuty skóry dla poparzonych pacjentów. Na świecie prowadzone są już zaś próby sztucznego uzyskania również najbardziej skomplikowanych ludzkich narządów, np. wątroby czy serca. - Jeszcze nie udało się tego zrobić w całości, głównie ze względu właśnie na problemy z dobrym trójwymiarowym rusztowaniem. Biorąc pod uwagę postęp medycyny, myślę że pierwszy sukces w tym obszarze to jednak kwestia najbliższej przyszłości. Mam nadzieję, że będziemy mieć w tym swój udział - wierzy dr Piątkowski.

Doktor Piątkowski lubi poruszać się po Krakowie autobusami. W czasie podróży miejską komunikacją przychodzą mu do głowy najlepsze pomysły, takie jak ten, by do oczyszczania chitozanu zastosować inny rozpuszczalnik, dzięki któremu udało się uzyskać innowacyjny żel. Biologia i chemia były obecne w jego życiu już od wczesnego dzieciństwa. W rodzinnym domu urządził pierwsze laboratorium, bazujące na acetonie ze zmywaczy do paznokci i kwasie siarkowym z akumulatorów oraz egzotyczne zoo. Blisko 200 pająków pozbył się dopiero niedawno, z 4-metrowego węża zrezygnował, kiedy dusiciel po raz drugi uciekł ze swojego terrarium, siejąc popłoch wśród innych domowników. Plan nauki w technikum chemicznym pokrzyżowała mu alergia. Przy rekrutacji na studia chorobę zataił, a w praktyce okazało się, że nie daje ona żadnych oznak. - Można powiedzieć, że politechnika mnie wyleczyła - śmieje się dr Piątkowski.

Julia Radwan-Pragłowska i Łukasz Janus pod jego skrzydła trafili na studiach magisterskich. Nad aerożelami chitozanowymi w tercecie pracują od ponad roku. - Zaczynamy zawsze od burzy mózgów i wymiany pomysłów, później przeprowadzamy syntezy w warunkach laboratoryjnych, wspólnie analizujemy wyniki i zastanawiamy się nad tym, co można jeszcze zmodyfikować - opowiada Janus.

W zespole Janus odpowiada za przeprowadzanie prób w laboratorium. Chemii doświadczalnej uczył się na własną rękę z książek popularnonaukowych, miał również dużo szczęścia do pedagogów, którzy pod ścisłą kontrolą pozwalali mu przeprowadzać pierwsze reakcje.

Radwan-Pragłowską bardziej interesuje biotechnologia. Godzinami wertuje fachową literaturę, szukając kolejnych pomysłów, które warto przetestować. Niedawno po raz pierwszy została mamą. Pomocny w pogodzeniu wszystkich obowiązków okazał się internetowy komunikator, pozwalający jej na stały kontakt z kolegami bez konieczności zostawiania córki pod opieką babci. - Można powiedzieć, że mamy u nas taki trójpodział władzy. Każdy ma inne, ale równie ważne zadania. Nie wchodzimy sobie w kompetencje, bo jesteśmy dla siebie wzajemnie autorytetami - mówi.

Kłócą się rzadko, choć jak zgodnie przyznają, droga od krewetek do pierwszych rusztowań nie była usłana różami. Przezwyciężyć frustracje pomaga wspólna pasja do odkrywania. Ich zdaniem, naukowcem jest się 24 godziny na dobę, a nie bywa w wyznaczonych godzinach. - Pracujemy siedem dni w tygodniu i nie możemy sobie pozwolić na żadne dłuższe urlopy - podkreśla dr Piątkowski. - Tutaj nie ma drogi na skróty. My nigdy nie wychodzimy z pracy, nauka szybko idzie do przodu, musimy więc cały czas aktualizować swoją wiedzę. Żadne z nas nie jest w stanie powiedzieć, kiedy ostatni raz przeczytało jakąś książkę tak po prostu, dla przyjemności - dodaje Radwan-Pragłowska. W innym zawodzie młoda badaczka siebie jednak nie widzi. Gen naukowca odziedziczyła prawdopodobnie po ojcu, który wykładał socjologię na Uniwersytecie Jagiellońskim.

Za swój innowacyjny materiał krakowianie zostali niedawno nagrodzeni na międzynarodowych targach wynalazczości w Brukseli, gdzie aerożele zdobyły złoty medal. Nagroda ma jednak wymiar jedynie prestiżowy, a do dalszego rozwoju ich technologii potrzebne są duże pieniądze. - Zakończyliśmy etap badań materiałowych i teraz tak naprawdę stoimy w miejscu, bo nie wiemy, w jaki sposób należałoby nasze rusztowania jeszcze modyfikować. Dlatego chcielibyśmy zakupić sprzęt umożliwiający hodowlę komórek, żeby móc użyć do niej naszych aerożeli i na bieżąco kontrolować wyniki - wyjaśnia dr Piątkowski, dodając, że koszt linii ludzkich komórek to ok. 40 tys. zł.

Młodzi naukowcy cały czas szukają dla swoich aerożeli także innych zastosowań. Chcieliby, żeby pomagały one nie tylko pacjentom wymagającym regeneracji tkanek czy narządów, ale również tym, zmagającym się z nowotworami. Stworzone przez nich biomateriały mają bowiem szczególne właściwości - umożliwiają kontrolowane uwalnianie leków. Krakowianie zakładają więc, że substancje przeznaczone do walki z rakiem będzie można podać chorym zamknięte w aerożelach, które sprawią, że lek precyzyjnie zniszczy jedynie komórki dotknięte nowotworem, maksymalnie chroniąc te zdrowe! Pierwsze próby w warunkach imitujących wnętrze organizmu potwierdziły ich założenia.

Jednak do tego, by przetworzone pancerzyki skorupiaków rzeczywiście zaczęły leczyć, jeszcze daleka droga. Każda nowa technologia medyczna wymaga zdobycia szeregu atestów i przede wszystkim wiarygodnych testów klinicznych, przeprowadzonych najpierw na zwierzętach, a następnie na ludziach. Do tego krakowianie potrzebują zaś wsparcia z zewnątrz - merytorycznego i finansowego. - Ten wynalazek jest naszym prawdziwym dzieckiem, bo nieraz musieliśmy dokładać do niego z własnej kieszeni. Wyszło jednak na dobre. Dzięki temu, że szukaliśmy tanich rozwiązań, powstał materiał ekonomiczny, a zależy nam, żeby nasze rozwiązania nie były zarezerwowane dla kilku wybranych osób, ale dostępne dla całego społeczeństwa - podkreśla Radwan- Pragłowska.

To jeszcze jedna zaleta „śmieciowej technologii”. Wyprodukowanie 20 cm sześc. aerożelu, czyli kostki o boku ok. 2,7 cm, kosztuje zaledwie pół euro. Za taką samą objętość innych dostępnych na rynku hydrożeli zapłacić trzeba dwa tysiące razy więcej.