Informator uniwersytecki

Czy biomateriały do zastosowań w medycynie regeneracyjnej mogą być inteligentne?

Zespół Samodzielnej Pracowni Inżynierii Tkankowej i Medycyny Regeneracyjnej w ramach dwóch grantów finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki (Opus 20 + LAP oraz Opus 22) prowadzi badania mające na celu opracowanie inteligentnych biomateriałów do zastosowań w medycynie regeneracyjnej.

Medycyna regeneracyjna oparta o biomateriały wykorzystuje syntetyczne lub naturalne materiały w celu poprawy procesu gojenia i naprawy tkanki lub organu. Zatem biomateriałami nazywamy wszelkiego rodzaju biozgodne materiały do zastosowań biomedycznych. W medycynie regeneracyjnej coraz częściej spotyka się określenie „inteligentne biomateriały” (z ang. smart biomaterials). W ostatnim czasie tworzenie tego typów biomateriałów jest głównym trendem w dziedzinie inżynierii materiałowej. Czy to oznacza, że tego typu nowoczesne biomateriały obdarzone są sztuczną inteligencją? Być może odpowiedź będzie rozczarowująca dla części społeczności naukowej, ale określenie „inteligentne biomateriały” zarezerwowane jest dla nowej klasy biomateriałów, które wykazują zdolność do reagowania w inteligentny sposób na konkretne bodźce po ich aplikacji na tkankę zmienioną chorobowo.

 Podczas procesu resorpcji kości osteoklasty obniżają miejscowo pH do wartości ok. 4,0-4,5. Zatem jeśli po implantacji biomateriału dojdzie do obniżenia pH w wyniku dużej aktywności osteoklastów, to wówczas opracowany inteligentny implant kostny poprzez rozpuszczenie chitozanowego łącznika będzie stopniowo uwalniać bisfosfoniany do mikrośrodowiska tkanki kostnej, hamując aktywność komórek kościogubnych. Natomiast aby usprawnić procesy regeneracyjne kości, do struktury zeolitów zostaną wprowadzone jony Ca2+ i Mg2+, które posiadają zdolność wspierania aktywności kościotwórczej osteoblastów.

Z kolei w ramach grantu Opus 20 + LAP (NCN) nr UMO-2020/39/I/ST5/02108 zespół badawczy Samodzielnej Pracowni Inżynierii Tkankowej i Medycyny Regeneracyjnej UM w Lublinie prowadzi badania mające na celu opracowanie inteligentnego opatrunku na rany przewlekłe. Projekt realizowany jest przez konsorcjum w składzie: Politechnika Łódzka (Lider, kierownik projektu: dr hab. Joanna Pietrasik), Uniwersytet Medyczny w Lublinie (kierownik po stronie UM: prof. dr hab. Agata Przekora-Kuśmierz), Ulm University (Niemcy) oraz Max Planc Institute for Polimer Research (Niemcy).

Rany przewlekłe powstają na skutek przedłużającej się fazy zapalnej podczas procesu gojenia, co w konsekwencji uniemożliwia regenerację skóry. W łożysku rany przewlekłej dochodzi do gromadzenia się nadmiernej ilości reaktywnych form tlenu (ROS), wzrostu pH i związanej z nim nadmiernej aktywności metaloproteinaz macierzy pozakomórkowej (MMP), dla których pH zasadowe jest optymalnym środowiskiem działania. W ramach projektu powstanie inteligentny materiał opatrunkowy składający się z dwóch warstw o różnych właściwościach. Pierwszą warstwę będzie stanowił cienki film polimerowy na bazie polidopaminy, który zostanie naniesiony w postaci nanowarstwy na powierzchnię hydrożelowego biomateriału. Film na bazie polidopaminy będzie posiadał właściwości przeciwutleniające, zmniejszając stężenie ROS w łożysku rany przewlekłej, natomiast warstwa hydrożelowa będzie wzbogacona w fotokwas, który pod wpływem światła będzie uwalniał jony wodorowe do łożyska rany przewlekłej, obniżając w ten sposób pH i hamując aktywność MMP.

Kierownik projektów: prof. dr hab. Agata Przekora-Kuśmierz
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 Samodzielnej Pracowni Inżynierii Tkankowej i Medycyny Regeneracyjnej Wydziału Biomedycznego 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.), dwukrotnie Nagrody Naukowej Wydziału Medycznego Polskiej Akademii Nauk (2017 r. oraz 2020 r.).
Jej zainteresowania badawcze obejmują tworzenie nowatorskim 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 3 grantów OPUS finansowanych przez Narodowe Centrum Nauki. Autorka/współautorka 8 patentów, 14 zgłoszeń patentowych, 4 rozdziałów książki oraz 89 publikacji o łącznej punktacji IF = 371,121 (Indeks Hirscha = 21).