Nowe biodegradowalne elastomerowe podłoża dla medycyny regeneracyjnej serca

Choroby serca stanowią jedne z najczęstszych chorób cywilizacyjnych, a ich leczenie – jedno z najważniejszych wyzwań współczesnej medycyny. Zawał mięśnia sercowego, w efekcie którego następuje osłabienie kurczliwości mięśnia sercowego i szereg komplikacji, stanowi jedną z najczęstszych przyczyn chorób i zgonów. Nowoczesne narzędzia inżynierii tkankowej, której celem jest hodowanie substytutów tkankowych z wykorzystaniem podłoży i komórek, jest jednym z najbardziej obiecujących kierunków medycyny regeneracyjnej. Odpowiednio skonstruowane podłoże, najczęściej polimerowe, powinno ulegać biodegradacji harmonicznie z namnażającymi się komórkami.

Mikrofotografia SEM pokazująca komórki L929 po 144 godzinach hodowli na włóknach wytworzonych metodą elektroprzędzenia "na mokro" Celem mojego projektu było wytworzenie biodegradowalnych struktur polimerowych o specyficznym, zwiniętym kształcie, które doskonale będą naśladować zwiniętą strukturę włókien mięśniowych i tym samym kurczliwość tkanki sercowej, jako podłoża dla komórek. Kluczowym elementem w realizacji założonej koncepcji badawczej było wykorzystanie nietoksycznych monomerów i enzymów jako naturalnych katalizatorów do otrzymywania nowych biodegradowlanych polimerów na podstawie poli(bursztynianu butylenu) (PBS). Równie ważnym osiągnięciem było opracowanie nowej, nieplanowanej we wniosku, modyfikacji procesu elektroprzędzenia, tzw. elektroprzędzenia „na mokro” dla potrzeb wytwarzania struktur o założonej architekturze naśladującej strukturę zwiniętych włókien, co stanowi ważny krok w rozwoju nowoczesnych metod wytwarzania funkcjonalnych materiałów.

W ramach projektu mój zespół współpracował z renomowanymi jednostkami dysponującymi najnowocześniejszą infrastrukturą, takimi jak Weizmann Institute of Sciences (IL), University of Akron (USA) oraz Rutgers University – New Jersey Center for Biomaterials (USA). Pracownicy i doktoranci zaangażowani w projekt przeprowadzili w tych jednostkach szczegółowe badania fizyko-chemiczne, strukturalne, termiczne, mechaniczne i biologiczne nowych materiałów. Znacząco poszerzona została również wiedza na temat oddziaływań nowych materiałów polimerowych ze strukturami biologicznymi.

Makroskopowy obraz skręconych i przestrzennych włókien polimerowych zsyntezowanych z udziałem enzymu jako katalizatora; na powiększeniu mikrofotografia SEM ukazująca porowatość włókien Prowadzenie badań w multidyscyplinarnym zespole przełożyło się na prace opublikowane w renomowanych czasopismach, takich jak „Langmuir”, „ACS Sustainable Chemistry & Engineering”, „Materials Science and Engineering: C”, „RSC Advances”, „Polymers”, a także referaty prezentowane na prestiżowych, międzynarodowych konferencjach, takich jak World Biomaterials Congress w Montrealu, European Society for Biomaterials Conference w Atenach, Bio-Inspired Materials w Poczdamie, World Forum on Advanced Materials POLYCHAR w Neapolu i wielu innych.

Zdobyta wiedza i wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu przyczyniły się do uzyskania przeze mnie prestiżowego stypendium Polsko-Amerykańskiej Komisji Fulbrighta – STEM Impact Award 2019 na badania „zielonych” polimerów syntezowanych z wykorzystaniem enzymów jako katalizatorów na Ohio State University (USA). Tematyka biodegradaowlanych polimerów opracowanych w ramach projektu HARMONIA 6 jest obecnie rozwijana w koordynowanym przeze mnie projekcie Horyzont 2020 H2020- -MSCA-RISE, w realizację którego zaangażowani są partnerzy akademiccy i przemysłowi z czterech krajów europejskich oraz partner z USA.