Przypomina galaretkę, a jednocześnie jest precyzyjny jak dobrze zaprogramowane urządzenie. Naukowcy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Łódzkiego wzięli udział w badaniach prowadzonych łącznie z badaczami z Politechniki Gdańskiej i partnerami z Francji z Laboratorium Léona Brillouina w Saclay. Wynikiem ich pracy są hydrożele, które mogą stać się podstawą nowoczesnych opatrunków uwalniających lek dokładnie tam, gdzie jest potrzebny i w kontrolowanym tempie.
Nie plaster, lecz inteligentny nośnik
Na pierwszy rzut oka brzmi to niepozornie – żel. W laboratorium takie słowo potrafi oznaczać materiał o ogromnym potencjale. Zespół badaczy z Politechniki Gdańskiej, Uniwersytetu Łódzkiego oraz Laboratoire Léon Brillouin opracował formulacje hydrożeli, czyli miękkich, półpłynnych materiałów, które potrafią zatrzymywać wodę, a wraz z nią także inne substancje, na przykład leki.
Jak tłumaczą badacze, można wyobrazić sobie taki hydrożel jako przestrzenną sieć. Między jej oczka wnikają cząsteczki wody i związków chemicznych. Dzięki temu materiał nie jest ani typową cieczą, ani klasycznym ciałem stałym. Jest elastyczny, miękki, podatny na odkształcenia i może działać jak nośnik substancji leczniczej.
W zaproponowanym zastosowaniu, hydrożele mogą być analogią samochodu dostawczego, który w kontrolowany sposób uwalnia swój ładunek. Tym ładunkiem właściwie może być wszystko z chemicznego punktu widzenia: lek, barwnik, dodatek do żywności. W naszym przypadku był to antybiotyk fluorochinolonowy.
– mówią dr hab. Łukasz Półtorak, prof. UŁ i mgr Grzegorz Kowalski z Wydziału Chemii Uniwersytetu Łódzkiego.
Lek bez gwałtownego uderzenia
Przy projektowaniu tego typu materiałów, ważne jest by substancja lecznicza nie była uwalniana nagle, lecz stopniowo. To szczególnie istotne w przypadku opatrunków, które mogłyby działać miejscowo, na przykład na ranę zakażoną bakteryjnie.
Udało nam się wykazać iż wytworzone hydrożele posiadają właściwości przeciwbakteryjne jednocześnie nie wykazując toksyczności w stosunku do komórek naskórka. Ten wynik intuicyjnie wskazuje na opatrunki, które można przyłożyć do rany.
– wyjaśnia Grzegorz Kowalski, doktorant Szkoły Doktorskiej BioMedChem UŁ i Instytutów PAN w Łodzi.
Upiekliśmy kilka pieczeni na jednym ogniu. Jeden materiał wykazuje właściwości kilku różnych składowych – może przenosić lek, uwalniać go stopniowo, działać przeciwbakteryjnie i jednocześnie jest kompatybilny z komórkami naskórka.
– podkreśla prof. Półtorak.
Z kuchni chemika
Podstawą opracowanych materiałów były stosunkowo dobrze znane składniki: woda, żelatyna oraz glicerol bądź mocznik. Kluczowe nie było jednak samo zmieszanie składników, lecz znalezienie odpowiednich proporcji.
Mieszaliśmy wszystkie składniki w odpowiednich proporcjach i na tej podstawie byliśmy w stanie określić, przy jakim stosunku składników otrzymujemy takie właściwości, jakie chcemy uzyskać
– mówi jeden z naukowców.
Samo przygotowanie pojedynczego żelu może zająć od jednej do kilku godzin. Ale za tym prostym opisem kryją się miesiące prób, rozmów, korekt i pomiarów. Od pierwszego pomysłu do publikacji minęło wiele miesięcy.
Nauka to gra zespołowa
Ten wynalazek nie powstałby w jednym laboratorium i przy jednym biurku. Liderem projektu jest Politechnika Gdańska, w tym prof. Jacek Ryl, dr Tomasz Swebocki, prof. PG oraz mgr Angelika Łepek. Po stronie Uniwersytetu Łódzkiego w badaniach uczestniczyli dr hab. Łukasz Półtorak, prof. UŁ, dr Karolina Kwaczyński oraz doktorant Grzegorz Kowalski. Część badań była prowadzona również we współpracy z ośrodkiem w Saclay we Francji.
Każdy ma inny zestaw kompetencji. Każdy jest dobry w czymś innym
– mówi prof. Półtorak.
Szczególnie ważny był układ pomiarowy wydrukowany w technologii 3D. Dzięki niemu naukowcy mogli śledzić, jak cząsteczki leku przemieszczają się przez hydrożel. Jak obrazowo tłumaczą naukowcy, to trochę tak, jak z herbatą – gdy esencja rozchodzi się w wodzie, obserwujemy dyfuzję. Tutaj proces jest podobny, tylko zamiast filiżanki mamy zaawansowany układ elektrochemiczny, a zamiast herbaty – cząsteczki potencjalnego leku.
To dopiero początek
Badacze ostrożnie mówią o przyszłości, ale nie ukrywają, że wyniki są obiecujące. Prace będą rozwijane dalej. Zespół złożył projekt do Narodowego Centrum Nauki, aby rozszerzyć badania i sprawdzić materiał w kolejnych, bardziej zaawansowanych zastosowaniach.
To są bardzo obiecujące badania, ale na pewno nie postawiliśmy jeszcze kropki
– zaznacza dr hab. Półtorak.
Opracowany materiał przybliża nas o kilka kroków do tanich opatrunków o oczekiwanych właściwościach, które w przyszłości mogą nie tylko wspomagać proces leczenia ran, ale aktywnie wspierać leczenie – precyzyjnie, miejscowo i bez gwałtownego chemicznego wystrzału.
Materiał: Prof. Łukasz Półtorak, mgr Grzegorz Kowalski z Wydział Chemii
Redakcja: Kacper Szczepaniak, Centrum Komunikacji Marki
Źródło: Uniwersytet Łódzki