Nowe właściwości żelatyny. Naukowcy z PG opracowali eutektożele dla biomedycyny

Wyniki badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Advanced Functional Materials (98 percentyl, IF≈19). W artykule „ReDESigning Hydrogels for Biomedicine: Tuning Transport Control and Biological Functionality in Biocompatible, Antibacterial Eutectogels” został opisany nowy sposób projektowania biomateriałów opartych na żelatynie. 

Badania prowadzone były przez dr. Tomasza Swebockiego, prof. PG z Instytutu Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej (z zespołu prof. Jacka Ryla), we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Łódzkiego oraz CEA Saclay we Francji.

Jak zaprojektować właściwości żelu

Jak tłumaczą autorzy rozwiązania, kluczowym założeniem badań było wykorzystanie rozpuszczalników głęboko eutektycznych (DES) do modyfikacji klasycznych hydrożeli żelatynowych. Po połączeniu z polimerem tworzą one eutektożele – materiały, których właściwości można kontrolować poprzez dobór stężenia oraz typu DES. Zmiana środowiska chemicznego pozwala wpływać m.in. na strukturę sieci polimerowej oraz sposób transportu cząsteczek wewnątrz materiału. To z kolei ma duże znaczenie w projektowaniu materiałów dla biomedycyny, np. w systemach kontrolowanego uwalniania leków czy nowoczesnych materiałach opatrunkowych.

– W inżynierii materiałowej bardzo często zaczynamy od prostych pytań: co się stanie, jeśli zmienimy tylko jeden element układu? W naszym przypadku był to rozpuszczalnik. Okazało się, że połączenie dobrze znanej żelatyny z rozpuszczalnikami głęboko eutektycznymi pozwala „zaprojektować” zupełnie nowe właściwości materiału – od sposobu transportu cząsteczek po działanie przeciwbakteryjne i biozgodność. Takie podejście pokazuje, jak duże znaczenie w rozwoju nowoczesnych biomateriałów dla medycyny i bionanotechnologii mają dziś inżynieria materiałowa i nanotechnologia – mówi dr Tomasz Swebocki, prof. PG. 

„Ta sama” żelatyna, inne właściwości. Zwalczy bakterie gronkowca i E. coli

Badania wykazały, że nawet niewielkie zmiany składu chemicznego mogą diametralnie zmienić zachowanie materiału. W zależności od zastosowanego rozpuszczalnika głęboko eutektycznego, powstające eutektożele wykazywały odmienne właściwości transportu antybiotyku

–  Jedne z nich działały jak swoista „gąbka molekularna”, zatrzymując lek w strukturze żelu. Inne tworzyły bardziej zwartą barierę, spowalniając jedynie jego przenikanie bez utraty w samym żelu – mówi dr Swebocki, prof. PG. – Dzięki temu możliwe jest dostrajanie właściwości materiału do konkretnych zastosowań biomedycznych. Kolejnym etapem badań będzie pogłębiona ocena funkcjonalności opracowanych materiałów w bardziej złożonych modelach biologicznych, które lepiej odzwierciedlają warunki rzeczywistego gojenia ran. Pozwoli to zweryfikować skuteczność eutektożeli w dynamicznym środowisku biologicznym oraz przygotować grunt pod dalsze prace nad ich potencjalnym wdrożeniem w praktyce klinicznej – dodaje dr Swebocki, prof. PG.

Jak dodaje naukowiec, opracowane żele już na tym etapie badań wykazują biokompatybilność, a więc w kontakcie z organizmem nie powinny wywoływać podrażnień, stanów zapalnych czy innych niepożądanych reakcji. Ponadto, otrzymane eutektożele wykazały również właściwości przeciwbakteryjne wobec bakterii takich jak Escherichia coli czy MRSA (gronkowca złocistego opornego na metycylinę), a jednocześnie zachowały cytokompatybilność względem ludzkich keratynocytów. Oznacza to, że materiały te mogą być w przyszłości rozważane jako komponenty nowoczesnych materiałów opatrunkowych lub platform do kontrolowanego dostarczania leków.

Eutektożele mogą znaleźć zastosowanie m.in. w leczeniu różnych trudno gojących się ran skórnych, np. przy cukrzycy, czy tych, z którymi mierzy się medycyna pola walki.

Wsparcie programu NOBELIUM oraz NCN

Realizacja badań była możliwa m.in. dzięki wsparciu programu NOBELIUM wspierającego rozwój ambitnych projektów badawczych o dużym potencjale naukowym i aplikacyjnym w ramach inicjatywy IDUB Politechniki Gdańskiej. Dodatkowe finansowanie zapewnił również grant MINIATURA 9 Narodowego Centrum Nauki.

Posłuchaj podcastu z dr. Tomaszem Swebockim, prof. PG