Výroba nanovláken z biopolymerů metodou elektrostatického zvlákňování
Stávající 21. století bývá označováno jako století nanotechnologií. Jako první použil tohoto termínu Norio Taniguči v roce 1974 k popisu výrobní technologie a měřicí techniky, při kterých je možno dosáhnout přesností nanometrů. Cílem této technologie je získávání a aplikace nových materiálů, tzv. nanomateriálů, které mají díky svému složení a stavbě takové vlastnosti, jež nelze získat u materiálů vyrobených konvenčními metodami. Mezi tyto velice sofistikované materiály patří také nanovlákna, jak ze syntetických, tak přírodních biopolymerů, a z nich metodou elektrostatického zvlákňování vyrobené nanovlákenné vrstvy. Nanovlákna se vyznačují mimořádnými vlastnostmi, jako je velký měrný povrch (poměr povrchu vlákna k jeho objemu), který je druhý největší po nanočásticích, a velká pórovitost vlákenné vrstvy s malými rozměry pórů.
Výroba nanovláken
Elektrostatické zvlákňování je způsob přípravy ultra jemných vláken z polymerního roztoku nebo polymerní taveniny pomocí elektrostatických a kapilárních sil. Jednou z variant elektrostatického zvlákňování je koaxiální elektrostatické zvlákňování, které je vysoce sofistikovanou metodou k vytvoření kompozitních nanovláken s rozličnými vlastnostmi a téměř přesně určenou strukturou jádro-plášť. Této techniky lze využít k inkorporaci aktivních látek, jakými mohou být anestetika, antibiotika, imunosupresiva, přírodní látky, ale také růstové faktory do jádra koaxiálního biodegradabilního nanovlákna s výhodou vyšší koncentrace, než je tomu v případě klasických nanovláken a leckdy i nanočástic. Inkorporované aktivní látky jsou následně cíleně a řízeně uvolňovány, což je s výhodou využíváno u aplikací nanovlákenných vrstev v oblasti topické léčby a kosmetiky.
Použití nanovláken
Nanovlákenné vrstvy začínají nacházet díky svým unikátním vlastnanonostem uplatnění v průmyslu, ale i v klinické praxi. Chirurgie, traumatologie, bioimplantologie, dermatologie, ale i fytoterapie a kosmetika jsou perspektivní obory pro jejich aplikace, na kterých mimo jiné pracuje i česká znalostní společnost Nanopharma se svým týmem materiálových a tkáňových inženýrů.
Nanovlákna jsou čím dál tím více využívána i v regenerativní medicíně, konkrétně ve tkáňovém inženýrství. To lze vnímat jako multidisciplinární obor spojující poznatky molekulární biologie, biochemie, farmacie, fyziky a medicíny k obnovení, náhradě nebo regeneraci tkání. Tohoto cíle je dosaženo vhodným použitím a kombinací buněk, biochemických faktorů a vhodných tkáňových nosičů „scaff oldů“. Buňky samotné nejsou schopny růst a vytvářet objemnější strukturu. Pokud jsou ovšem umístěny do trojrozměrného prostředí z vhodného materiálu obsahujícího dostatek kyslíku a růstových faktorů, jsou schopny prorůstat tuto strukturu do požadovaného rozměru. Regenerativní medicínou, konkrétně přípravou vhodného scaffoldu k vytvoření funkčního brzlíkového organoidu, který by mohl významně posílit obranný systém u imunokompromitovaných pacientů, se zabývá tým vědců z Nanopharmy v rámci výzkumného projektu ThymiStem.
Regenerace brzlíku
Poškození brzlíku je jedním z hlavních život ohrožujících rizik pro pacienty, kteří podstoupili transplantaci kostní dřeně, například při léčbě rakoviny krve. Připravované tkáňové nosiče založené na kmenových buňkách, které mohou posílit imunitní systém regenerací brzlíku, musí pro jejich správnou funkci splňovat celou řadu vlastností. Strukturálně se musí blížit podobě extracelulární matrice, tedy mezibuněčné tkáňové struktuře tak, aby mohly buňky dostatečně proliferovat. Toho lze dosáhnout správnou velikostí pórů a jejich dostatečnou kontinuitou. Nosič musí být samozřejmě biokompatibilní a biodegradabilní, aby nevyvolával imunologické reakce. Dále je třeba zajistit optimální mechanické vlastnosti a specifický povrch zajišťující dostatečnou buněčnou adhezi. U nanovlákenných vrstev je v případě potřeby možná i povrchová modifikace, např. za využití plazmy, nebo případná chemická modifikace navázáním látek, jakými mohou být peptidy s vhodnými funkčními skupinami, které tuto adhezi buněk následně podporují.
Z uvedeného je patrné, že příprava takto komplexního nosiče je velkou výzvou a ambiciózním projektem, který je však podpořen světovými buněčnými biology, imunology, tkáňovými inženýry a dvěma buněčnými bankami. Podaří- li se realizovat projektový záměr, bude se jednat o výzkumný úspěch, který má potenciál v budoucnu významně ovlivnit životy velkého množství pacientů s různými diagnózami.
Řešení šitá na míru
Jak je patrné, společnost Nanopharma se rozhodla zvolit cestu takzvaných niche aplikací, tedy těch, na které současné technologie a postupy neposkytují optimální řešení a kde existují neadresované klinické potřeby. Tento přístup vyžaduje nejen interdisciplinaritu vývojového týmu, ale i strategická partnerství a schopnost rychle reagovat na nové podněty. Právě proto se relativně malé české společnosti daří realizovat celou řadu kontraktů na mezinárodním trhu. Hlavními zákazníky jsou biotechnologické a farmaceutické společnosti a výzkumná pracoviště prestižních institucí. Nejvýraznější překážkou zůstává silná regulace zdravotnického prostředí, která nemá vůči nanomateriálům jasný postoj. Tým mladých vývojářů je však i přesto optimistický a důvod mu k tomu dává nejen zvýšený zájem zákazníků, ale zejména slibné a opakovaně validované výsledky.
Ing. Kateřina Vodseďálková, Ph.D.