Dr Jakub Rybka. Łąkotka prosto z drukarki? Już za chwilę

dr Jakub Rybka fot. Adrian Wykrota
dr Jakub Rybka fot. Adrian Wykrota

 

Wyobraźmy sobie, że mamy zdiagnozowany problem. To łąkotka. 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. Opowiada o tym dr Jakub Rybka

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.

Dr Jakub Rybka - 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.

Łąkotka w 3d

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