To jeden z najciekawszych projektów biomedycznych, jakie powstały w Lublinie. Naukowcy z Politechniki Lubelskiej i Uniwersytetu Medycznego opracowali implant kości, który uwalnia lek tylko wtedy, gdy organizm naprawdę tego potrzebuje. Rozwiązanie ma pomóc pacjentom zmagającym się z osteoporozą, chorobą coraz częściej dotykającą także ludzi młodych.

Osteoporoza jako cicha choroba i wyzwanie dla lekarzy

Osteoporoza rozwija się latami, często bez bólu i wyraźnych sygnałów ostrzegawczych. Wielu pacjentów dowiaduje się o niej dopiero po złamaniu kości. Choroba zaburza równowagę między procesami tworzenia a degradacji tkanki, przez co kości stają się kruche i podatne na urazy.

Osteoporoza to choroba metaboliczna spowodowana zaburzeniem równowagi między procesami kościotworzenia i degradacji kości. Kość staje się wtedy bardzo krucha i podatna na złamania – tłumaczy prof. Agata Przekora-Kuśmierz z Uniwersytetu Medycznego w Lublinie.

Przez lata standardem terapii były bisfosfoniany, leki słabo przyswajalne z przewodu pokarmowego. Wymagają dużych dawek i restrykcyjnych zaleceń dietetycznych.

Nowy implant reagujący tylko wtedy, gdy choroba atakuje

Zespół badawczy wpadł na pomysł, by lek uwalniał się bezpośrednio w miejscu złamania i tylko wtedy, gdy w kości zaczynają dominować komórki odpowiedzialne za jej degradację.

W wyniku przebiegu osteoporozy dochodzi do obniżenia wartości pH środowiska i właśnie wtedy uwalniana jest substancja lecznicza z implantu – wyjaśnia prof. Wojciech Franus, prorektor ds. nauki Politechniki Lubelskiej.

Implant działa więc selektywnie i w sposób kontrolowany. Oddaje lek powoli, uruchamiając jego działanie tylko w chwili pogorszenia stanu kości. Dzięki temu pacjent nie jest narażony na skutki uboczne długotrwałego przyjmowania bisfosfonianów.

Trudna droga do stworzenia materiału przyjaznego dla kości

Prace badawcze wymagały wielu symulacji i testów. Jednym z największych wyzwań było zapewnienie, by komórki hodowane na materiale były żywotne i rozwijały się bez przeszkód.

Implant powstał z wykorzystaniem zeolitów – minerałów, które badacze wytworzyli w laboratorium. To materiał znany m.in. z filtracji wody czy modyfikacji asfaltów, ale w wersji biomedycznej musiał spełnić znacznie wyższe standardy czystości.

Nasz implant nie powstał w gabinecie lekarskim, ale przy wspólnym stole chemika, biologa i inżyniera. Każda osoba miała tu do odegrania ważną rolę. Materiał powstaje z surowców syntetyzowanych w laboratorium, a jednym z nich jest popiół lotny pochodzący z elektrowni – mówi dr Jakub Matusiak z Politechniki Lubelskiej.

Popiół, będący odpadem z produkcji energii, po reakcjach chemicznych zmienia się w materiał do syntezy czystych zeolitów. Badania potwierdziły, że są one bezpieczne i mogą być stosowane do produkcji implantu.

Jak działa implant po wszczepieniu

Implant polimerowo-ceramiczny stosuje się po złamaniu. Wypełnia on ubytek w tkance i staje się swoistą konstrukcją wspierającą odradzanie kości.

Stanowi rodzaj rusztowania dla komórek, które naturalnie występują w kości. Komórki zaczynają się dzielić i obrastać implant, a jeśli komórki degradujące kość są zbyt aktywne – uwalnia się lek, który je osłabia – wyjaśnia prof. Agata Przekora-Kuśmierz.

Gdy pH wraca do normy, implant automatycznie przestaje działać. To rozwiązanie pozwala uniknąć nadmiernej ekspozycji na bisfosfoniany.

Projekt z patentem i szansą na wejście do testów przedklinicznych

Laboratoryjne testy bezpieczeństwa i badań komórkowych dały pozytywne wyniki. Implant ma już jeden przyznany patent, a osiem kolejnych wniosków czeka na rozpatrzenie.

Naukowcy przygotowują się teraz do przedklinicznej fazy badań i złożyli wniosek do Agencji Badań Medycznych o finansowanie w ramach konkursu Transmed I.

Nasz implant jest nowatorski w skali świata. Sam pomysł związania leku z implantem nie jest nowy, ale nikt nie zrobił tego w tak inteligentny sposób – podkreślają autorzy projektu.

Badania prowadzone są w ramach projektu „Dwufunkcyjny, czuły na zmiany pH kompleks zeolitowo-bisfosfonianowy jako baza do produkcji inteligentnego implantu kostnego”, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki i realizowanego wspólnie przez Uniwersytet Medyczny w Lublinie i Politechnikę Lubelską.