Łąkotka prosto z drukarki? Już za chwilę

Fotografia w nagłówku
dr Jakub Rybka fot. Adrian Wykrota
dr Jakub Rybka fot. Adrian Wykrota

 

Wyobraźmy sobie, że mamy zdiagnozowany problem z łąkotką. Zwracamy się do specjalistów. Po konsultacji pobierają od nas około 50 ml tłuszczu. Namnażają komórki w laboratorium, a chwilę później drukują nowiutką autologiczną łąkotkę. Wymiana to już pikuś. Koszt całości? Około kilku tysięcy złotych. Kiedy? Za pięć lat. Najpierw testy przedkliniczne. Gdzie? W Centrum Zaawansowanych Technologii, UAM na poznańskim Morasku.

W dyspozycji poznańskiego ośrodka jest nowoczesna biodrukarka 3D. Oprócz CZT podobną posiadają tylko dwa ośrodki w kraju. Żal byłoby jej nie wykorzystać. I wie o tym dr Jakub Rybka, koordynator bloków biotechnologicznych w CZT, który otrzymał grant na stworzenie implantu łąkotki. By jednak ten ostatni spełniał swoje zadanie, potrzebne są szczegółowe testy, z jednej strony związane z potencjałem nanorurek węglowych, a z drugiej strony z biotuszem, który jest niezbędny do jego wytworzenia.

- Po studiach i doktoracie w Wiedniu przez pewien czas pracowałem w zakładzie Rektora Marciniaka. Mieliśmy tam grant Maestro profesora Michaela Giersiga, światowej klasy eksperta w dziedzinie nanotechnologii. Byłem głównym wykonawcą tego grantu. Profesor Marciniak, były rektor UAM, a dziś dyrektor CZT poprosił mnie o zajęcie stanowiska koordynatora bloków biotechnologicznych – mówi dr Jakub Rybka. - Gdy zaczynaliśmy, potencjał tego ogromnego budynku nie był w pełni wykorzystany. Obecnie pracuje nad jego zagospodarowaniem. Są tu firmy badawcze, grupy naukowe z Wydziału Biologii, Wydziału Prawa jak również pracownicy Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN.  Całość nabrała nowego wymiaru.
Dziś dr Rybka nadal współpracuje z prof. Giersigiem i wraz z zespołem realizują projekt łączenia nanomateriałów z biotechnologią.

W Mandali pobrany od pacjenta tłuszcz wykorzystywany jest na różne sposoby. My wykorzystujemy ten odpad do badań. Tkanka tłuszczowa jest bogatym źródłem mezenchymalnych komórek macierzystych, które znajdują się również w szpiku kostnym.

- Obecnie nanomateriały wykorzystywane są w wielu dziedzinach – mówi dr Rybka. -  W międzyczasie narodziła się jednak koncepcja wykorzystania nanomateriałów w kontekście zastosowań biomedycznych np. inżynierii tkankowej chrząstki. W tej kwestii zaczęliśmy też współpracę z Ortopedyczno-Rehabilitacyjnym Szpitalem Klinicznym im. Wiktora Degi w Poznaniu.

Aktualnie zespół bada potencjał nanorurek węglowych pod względem toksyczności i tego aby stworzyć rusztowania dla komórek chrząstki.
- W toku współpracy z profesorem Trzeciakiem z UMP chcieliśmy biodrukować chrząstkę, ale profesor zasugerował zmianę kierunku badawczego – wspomina dr Rybka. - Powiedział, że dziś zdecydowanie większym problemem jest brak implantu łąkotki. Jednocześnie badamy potencjał toksyczności nanorurek i ich wpływu na staw kolanowy.

I tu przechodzimy do części biotechnologicznej prac prowadzonych przez grupę dr Rybki. W ramach współpracy z Mandala Beauty Clinic do CZT dostarczany jest tłuszcz pozyskany z liposukcji. To odpad dzięki któremu naukowcy z poznańskiego ośrodka mogą pozyskiwać komórki macierzyste, a w efekcie testując nanorurki pracować nad biotuszem do produkcji łąkotki. Pomysł na wykorzystanie techniki Biodruku 3D wraz z odpadem po liposukcji narodził się podczas dyskusji z mgr Adamem Mielochem.

- Po co nam współpraca z kliniką piękności? – pyta i jednocześnie odpowiada dr Rybka. - W Mandali pobrany od pacjenta tłuszcz wykorzystywany jest na różne sposoby. Przykładowo, jest wstrzykiwany z powrotem w inne elementy ciała, a część jest wyrzucana i podlega utylizacji. My wykorzystujemy ten odpad do badań. Tkanka tłuszczowa jest bogatym źródłem mezenchymalnych komórek macierzystych, które znajdują się również w szpiku kostnym. Dodatkowym atutem jest łatwość pobrania przy małej inwazyjności zabiegu oraz mniej skomplikowana procedura izolacji. Mezenchymalne komórki macierzyste posiadają potencjał do różnicowania się w kilka typów komórek. W naszym przypadku najbardziej cenna jest zdolność do przekształcenia się w chondrocyt, czyli komórkę łąkotki.

Czytaj też: Profesor Pyżalski. Przemoc rozgrywa się w mikroskali

Na początku naukowcy z CZT myśleli, że będą drukować łąkotkę mezenchymalnymi komórkami macierzystymi, ewentualnie różnicować komórki czyli przekształcać je do chondrocytów rusztowaniem z nanorurek. Okazało się jednak, że podczas biodruku, czyli przejścia komórki przez dyszę drukarki zachodzi mechanotrandukcja czyli stymulacja komórki macierzystej do przekształcenia się w chondrocyt. Efekt. Wkładamy komórki mezenchymalne, a na końcu mamy do czynienia z chondrocytem. Pełen sukces.
- Upraszczając, cała procedura w przyszłości wyglądała by tak: Pacjent z uszkodzoną łąkotką zgłasza się na rezonans magnetyczny celem oceny urazu. Po wstępnej diagnozie pacjentowi pobierane jest około 50 ml tkanki tłuszczowej z której izolowane są komórki macierzyste. Następnie metodami hodowli komórkowej zwiększona zostaje ilość komórek. W kolejnym etapie metodą biodruku 3D otrzymujemy implant łąkotki wzbogacony o autologiczne komórki pacjenta.  Proszę mi wierzyć, to będzie ogromny postęp. Dzisiaj leczenie urazu łąkotki polega głównie na tym, że jeśli jest zerwana, wycina się ją i prędzej czy później następuje zwyrodnienie stawów. Taki implant powodowałby, że będziemy mieli autologiczny przeszczep. A po drugie, hydrożel wykorzystywany jako macierz z czasem byłby zastępowany przez macierz zewnątrzkomórkową produkowaną przez chondrocyty. Mielibyśmy naturalną łąkotkę, która tak naprawdę jest tworem organizmu pacjenta.

Problemów oczywiście nie brakuje. Na początku trzeba określić skład biotuszu i to tak żeby łąkotka była na tyle miękka żeby można było ją wszczepić, ale na tyle twarda by zadziałała jako amortyzator. Z drugiej strony jej właściwości fizykochemiczne muszą zapewnić komórkom optymalne warunki do wzrostu przy jednoczesnym zachowaniu właściwości mechanicznych. Dr Jakub Rybka otrzymał na realizację tego prestiżowego projektu 1,2 miliona złotych.

- My doprowadzamy go do stanu przedklinicznego – mówi nasz rozmówca. -  Myślę jednak że za około 5 lat będziemy mogli mówić o leczeniu za pomocą biodrukowalnych łąkotek.

Naukowiec z CZT zakłada, że koszty wymiany łąkotki na autologiczną wcale nie będą wysokie. Cała procedura kosztować będzie w granicach kilku tysięcy złotych.
W trakcie prac nad biodrukowalną łąkotką zespół dra Jakuba Rybki (składający się z mgr Adama Mielocha, mgr Tomasza Szymańskiego oraz mgr Julii Semby) ściśle współpracuje  z prof. Trzeciakiem z UMP, który dostarcza wiedzy o chrząstce. Korzysta z pomocy dr Richter z UMP, prof. Rozwadowskiej z Instytutu Genetyki Człowieka, czy wspomnianej już Mandala Beauty Clinic. Efektem badań ma być prototyp implantu łąkotki. Musi powstać w ciągu trzech lat. Wtedy, miejmy nadzieję, otrzymamy produkt gotowy do dalszych testów i otworzy się szansa na dalsze finansowanie.

- Na świecie są stosowane trzy typy implantów łąkotki. My obecnie mamy wydrukowane pierwsze modele łąkotki z samego żelu ale kończymy izolację komórek mezenchemalnych i będziemy drukować pierwsze modele z komórkami – mówi dr Rybka. – Praca pochłania mnie całkowicie, a moja pasja czyli klasyk, Mercedes 124 Cabrio od trzech lat leży i czeka na złożenie. Może kiedyś uda mi się go dokończyć.
 

 

Konsorcjum specjalistów
Centrum Zaawansowanych Technologii to dzieło Prof. Marcińca, konsorcjum 11 jednostek w Poznaniu. Pięciu uniwersytetów, 4 instytutów panowskich, Instytutu Włókien Naturalnych, Poznańskiego Parku Naukowo Technologicznego i Miasta Poznania. Jest multidyscyplinarnym ośrodkiem skupiającym najlepszych specjalistów z nauk ścisłych, przyrodniczych i technicznych, skoncentrowanym na nowych materiałach i biomateriałach o wielostronnych zastosowaniach. Jak czytamy na stronie internetowej istotą multidyscyplinarnych działań ośrodka jest opracowanie oryginalnych syntez chemikaliów, biochemikaliów i agrochemikaliów, a także nowej generacji bio- i nano- materiałów oraz ich prekursorów, a następnie opracowanie zaawansowanych technologii i biotechnologii ich wytwarzania z przeznaczeniem dla optoelektroniki, medycyny, farmacji, rolnictwa oraz wielu innych dziedzin przemysłu i techniki.

 

Nauka Ogólnouniwersyteckie