Informator uniwersytecki
numer 034
luty 2025
★
6
Inteligentne biomateriały aktywowane polem magnetycznym oraz zimną plazmą atmosferyczną
Obecnie rozwój inteligentnych biomateriałów do zastosowań w spersonalizowanej medycynie regeneracyjnej, które są w stanie bezpośrednio oddziaływać z chorą tkanką, jest jedną z najważniejszych gałęzi nauki i przemysłu. Podstawą spersonalizowanej medycyny jest uwzględnienie indywidualnych różnic w genach, środowisku i etiologii chorób u ludzi, w celu dostosowania opieki medycznej do konkretnych potrzeb każdego pacjenta. W dziedzinie medycyny regeneracyjnej coraz częściej opracowuje się biomateriały, które wykazują zdolność do reagowania w inteligentny sposób na konkretne bodźce po ich aplikacji na tkankę zmienioną chorobowo. Wśród inteligentnych biomateriałów na szczególną uwagę zasługują materiały reagujące na pole magnetyczne oraz aktywowane zimną plazmą atmosferyczną (CAP). Jak do tej pory, różnego rodzaju pola magnetyczne zostały skutecznie zastosowane w praktyce klinicznej w leczeniu chorób kości i zaburzeń neurodegeneracyjnych. Ostatnio udowodniono również, że magnetoterapia wykazuje duży potencjał w promowaniu gojenia się przewlekłych ran, w tym ran cukrzycowych. Z kolei plazma jest zjonizowanym gazem, który składa się z różnych cząsteczek, elektronów, jonów oraz wolnych rodników. Powstałe po wzbudzeniu plazmą reaktywne formy tlenu i azotu nie tylko wykazują działanie przeciwnowotworowe (długotrwała aktywacja za pomocą CAP), ale również mogą działać dezynfekująco oraz pro-regeneracyjnie (krótkotrwała aktywacja za pomocą CAP).
Zespół Zakładu Inżynierii Tkankowej i Medycyny Regeneracyjnej UM w Lublinie w ramach dwóch grantów finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki (Sonata 19 oraz Opus 27) prowadzi badania mające na celu opracowanie inteligentnych biomateriałów aktywowanych polem magnetycznym lub/i zimną plazmą atmosferyczną do zastosowań w spersonalizowanej medycynie regeneracyjnej.
W ramach grantu Sonata 19 nr 2023/51/D/ST5/01665 naukowcy prowadzą badania nad inteligentnym implantem kostnym reagującym na statyczne pole magnetyczne. Projekt realizowany jest przez konsorcjum w składzie: Politechnika Lubelska (Lider, kierownik projektu dr Jakub Matusiak) oraz Uniwersytet Medyczny w Lublinie (Partner, kierownik po stronie UM prof. dr hab. Agata Przekora-Kuśmierz). Celem tego projektu jest opracowanie innowacyjnych biomateriałów opartych na zeolitach i zeolitowych strukturach imidazolowych (ZIF) połączonych z magnetycznymi nanocząstkami FexOy. Tego typu biomateriały będą reagować na stałe pole magnetyczne (SMF), zwiększając różnicowanie mezenchymalnych komórek macierzystych oraz komórek tworzących kość (osteoblastów), a tym samym poprawiając regenerację tkanki kostnej. Ponadto planuje się wprowadzenie różnych leków (np. tramadolu, kwasu askorbinowego) do matrycy magnetycznego biomateriału, co pozwoli na kontrolowane uwalnianie tych substancji pod wpływem SMF. Co istotne zastosowanie w praktyce klinicznej magnetycznych implantów kostnych może znacząco poprawić kontrast oraz czułość wykonywanych badań z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego (MRI), pozwalając na lepsze obrazowanie i diagnostykę pacjenta po zabiegu implantacji. Połączenie terapeutycznego potencjału magnetycznych biomateriałów na bazie zeolitów/ZIFów- FexOy z ulepszonym obrazowaniem MRI można uznać za podejście wielofunkcyjne, co jest kluczem w spersonalizowanej medycynie regeneracyjnej.
W ramach grantu Sonata 19 nr 2023/51/D/ST5/01665 naukowcy prowadzą badania nad inteligentnym implantem kostnym reagującym na statyczne pole magnetyczne. Projekt realizowany jest przez konsorcjum w składzie: Politechnika Lubelska (Lider, kierownik projektu dr Jakub Matusiak) oraz Uniwersytet Medyczny w Lublinie (Partner, kierownik po stronie UM prof. dr hab. Agata Przekora-Kuśmierz). Celem tego projektu jest opracowanie innowacyjnych biomateriałów opartych na zeolitach i zeolitowych strukturach imidazolowych (ZIF) połączonych z magnetycznymi nanocząstkami FexOy. Tego typu biomateriały będą reagować na stałe pole magnetyczne (SMF), zwiększając różnicowanie mezenchymalnych komórek macierzystych oraz komórek tworzących kość (osteoblastów), a tym samym poprawiając regenerację tkanki kostnej. Ponadto planuje się wprowadzenie różnych leków (np. tramadolu, kwasu askorbinowego) do matrycy magnetycznego biomateriału, co pozwoli na kontrolowane uwalnianie tych substancji pod wpływem SMF. Co istotne zastosowanie w praktyce klinicznej magnetycznych implantów kostnych może znacząco poprawić kontrast oraz czułość wykonywanych badań z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego (MRI), pozwalając na lepsze obrazowanie i diagnostykę pacjenta po zabiegu implantacji. Połączenie terapeutycznego potencjału magnetycznych biomateriałów na bazie zeolitów/ZIFów- FexOy z ulepszonym obrazowaniem MRI można uznać za podejście wielofunkcyjne, co jest kluczem w spersonalizowanej medycynie regeneracyjnej.
Projekt zakłada połączenie naturalnej glinki (bentonitu oraz montmorylonitu) z nanocząstkami magnetytu (Fe3O4) w celu otrzymania kompleksu Fe3O4-glinka stanowiącego bazę do produkcji wielofunkcyjnego materiału opatrunkowego aktywowanego zimną plazmą atmosferyczną (CAP) lub/i pulsacyjnym polem elektromagnetycznym (PEMF). Historycznie rzecz biorąc, glinki były od zawsze szeroko stosowane w leczeniu ran i tamowaniu krwotoku. Natomiast nanocząstki Fe3O4 mają udowodnione właściwości magnetyczne i przeciwdrobnoustrojowe. Projekt koncentruje się na opracowaniu inteligentnego hydrożelowego opatrunku zawierającego kompleks glinki z nanocząstkami magnetytu (Fe3O4), który będzie wspomagał proces gojenia się ran w spersonalizowany sposób, dostosowany do potrzeb konkretnego pacjenta, poprzez (1) aktywację CAP: leczenie ran przewlekłych, zakażonych, oparzeniowych, ran po wycięciu nowotworu skóry, ran ostrych po inwazyjnych zabiegach z zakresu medycyny estetycznej lub (2) aktywację PEMF: leczenie ran cukrzycowych i owrzodzeń żylnych lub (3) zastosowanie CAP skojarzonego z PEMF do leczenia trudno gojących się ran o różnej etiologii. Ponadto opracowany biomateriał będzie miał różne potencjalne zastosowania w praktyce klinicznej, jako: (1) zewnętrzny materiał opatrunkowy aktywowany CAP/PEMF, (2) aktywowana za pomocą CAP hydrożelowa maska na twarz po inwazyjnych zabiegach kosmetycznych lub (3) aktywowany za pomocą CAP/PEMF nośnik komórek (system dostarczania komórek) w terapii rozległych ran oparzeniowych z wykorzystaniem komórek macierzystych. To ostatnie zastosowanie zakłada zasiedlenie hydrożelowego opatrunku mezenchymalnymi komórkami macierzystymi pochodzącymi z tkanki tłuszczowej pacjenta, a następnie ich stymulację za pomocą CAP i/lub PEMF w celu przyspieszenia procesu gojenia i ograniczenia tworzenia się blizn. Co ważne krótkotrwała aktywacja za pomocą CAP biomateriału na bazie kompleksu Fe3O4-glinka znacząco wzmocni jego właściwości przeciwdrobnoustrojowe i pro-regeneracyjne. Z kolei długotrwała ekspozycja opatrunku na działanie CAP zapewni działanie przeciwnowotworowe w obrębie łożyska rany po wycięciu raka skóry. Ponadto wyprodukowanie hydrożelu na bazie kompleksu Fe3O4-glinka, posiadającego właściwości magnetyczne, spowoduje powstanie inteligentnego biomateriału reagującego na pole magnetyczne, mającego zdolność przyspieszania gojenia się ran po ekspozycji na PEMF.
Absolwentka (2009 r.) kierunku biotechnologia na Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi UMCS w Lublinie. Stopień doktora w dyscyplinie nauki farmaceutyczne uzyskała w 2014 r., natomiast stopień doktora habilitowanego w 2018 r.. 1 czerwca 2022 r. otrzymała tytuł profesora nauk medycznych i nauk o zdrowiu, w dyscyplinie nauki farmaceutyczne. W latach 2010-2020 była zatrudniona na stanowisku pracownika naukowo-dydaktycznego w Katedrze i Zakładzie Biochemii i Biotechnologii Wydziału Farmaceutycznego UM w Lublinie, gdzie od podstaw stworzyła pracownię hodowli komórkowych, służącą ocenie biokompatybilności biomateriałów. W 2020 roku zmieniła grupę zatrudnienia na stanowisko profesora uczelni w grupie badawczej, a od 1 października 2021 r. pełni funkcję kierownika Zakładu Tkankowej i Medycyny Regeneracyjnej Wydziału Nauk Medycznych UM w Lublinie.
Ekspertka do spraw oceny projektów naukowych powołana m.in. przez Komisję Europejską, French National Research Agency, Narodową Agencję Wymiany Akademickiej (NAWA), Narodowe Centrum Nauki. Członkini Komitetu Zarządzającego akcji COST (European Cooperation in Science and Technology) nr CA20114 pt. „Therapeutical Applications of Cold Plasmas”. Laureatka wielu prestiżowych nagród i stypendiów za osiągnięcia naukowe, m.in. stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego dla młodych, wybitnych naukowców (2017 r.), nagrody finałowej 20. edycji Nagród Naukowych tygodnika „Polityka” (2020 r.), trzykrotnie Nagrody Naukowej Wydziału Medycznego Polskiej Akademii Nauk (2017 r., 2020 r. oraz 2023 r.), nagrody Ministra Zdrowia za działalność wdrożeniową (2023 r.). Jej zainteresowania badawcze obejmują tworzenie nowatorskich biomateriałów do zastosowań w inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej. Ponadto w ramach swojej pracy badawczej opracowała wiele unikatowych protokołów oceny przedklinicznej biomateriałów w warunkach in vitro, ograniczając wykorzystanie modeli zwierzęcych w badaniach naukowych. Od początku swojej kariery badawczej wielokrotnie była wykonawcą lub kierownikiem grantów naukowych, w tym kierownikiem 4 grantów OPUS finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki. Autorka/współautorka 13 patentów, 4 rozdziałów książki oraz 109 publikacji o łącznej punktacji IF = 468,277 (indeks Hirscha = 31).
Redakcja zajmuje się opracowaniem dostarczonych materiałów do artykułów i nie odpowiada za ich wartość merytoryczną. Za wartość merytoryczną odpowiadają ich twórcy.
© 2022 Centrum Symulacji Medycznej UM w Lublinie