Sdílet
11. ledna 2021
Na umělém 3D štěpu využitelném při operacích bederní páteře pracují od loňského podzimu odborníci z výzkumné skupiny Pokročilé keramické materiály pod vedením Kláry Částkové. Ve spolupráci s lékaři a výzkumníky z Masarykovy univerzity chtějí vytvořit náhradu za meziobratlovou ploténku, která umožní osídlení kmenovými buňkami a urychlí tak prorůstání kosti, což dopomůže k pevnému a trvalému spojení dvou přilehlých obratlů.
Nový materiál, který by mohl nahradit dosud používané implantáty, bude v novém projektu hledat skupina výzkumníků z CEITEC VUT pod vedením Kláry Částkové. „Pokud přeložíme název projektu z angličtiny, jedná se o vytvoření tzv. bio-artificiál- ního 3D štěpu, tedy hybridu umělého a biologického původu,“ upřesňuje Částková. Konkrétně jde o navržení vhodného materiálu pro kostní fúzi v oblasti bederní páteře. „Obrátili se na nás kolegové z Ortopedické kliniky a z Ústavu histologie a embryologie LF MU, kteří spolupracují v oblasti buněčné terapie. V dosavadní praxi se při poškození meziobratlové ploténky v oblasti bederní páteře volí léčba kostní fúzí, kdy se v místě problému dva obratle zafixují a nechají srůst. Před vlastní fúzí se musí odstranit poškozená meziobratlová ploténka a nahradit něčím, co pomůže ve srůstu,“ popisuje Částková.
Právě materiál, který se nyní mezi obratle vkládá, ale lékařům zcela nevyhovuje. „Obvykle je to kovová nebo umělohmotná náhrada, takzvaná klec, do které se vkládá kostní štěp. Dle zkušeností spondylochirurgů má ale toto řešení své limity jak při operaci, tak v procesu hojení. Náš společný projekt má za cíl to zlepšit,“ dodává Klára Částková.
Odborníci z CEITEC VUT tak budou hledat nový materiál, který by zajistil potřebnou oporu a podpořil srůst. Klíčovým parametrem je mikrostruktura implantátu umožňující prorůstání buňkami. „Myšlenka je taková, že se před implantací nakulti- vují kmenové buňky příjemce, kterými se následně umělý štěp osídlí. Materiál jim nabídne prostředí pro rozmnožení a vývoj cévní a kostní tkáně. Bude to tedy ten bioartificiální mezičlánek předchystaný pro efektivnější srůst kosti,“ přibližuje Částková. Dodává, že základní funkce, které jsou při regeneracích pevných tkání očekávány, jsou osteoindukce, osteokondukce a osteogeneze. „Většina umělých materiálů nepodporuje všechny tři funkce společně. Musíme proto najít jejich ideální kombinaci, nebo kompromis,“ říká.
Protože se skupina Pokročilých keramických materiálů dlouhodobě zabývá i biokeramickými materiály používanými v medicíně, mají podle Kláry Částkové přehled o vhodných materiálech. „I když projekt začal teprve v září, máme už prakticky vytipované některé použitelné materiály. Například hydroxyapatit nebo trikalciumfosfát. Jsou to výborné bioaktivní látky, které dokážou interagovat s organismem za vzniku nových tkání a prorůstání kostí,“ přibližuje Částková. Právě 3D tisk by podle ní umožnil vytvořit přesné velikosti a tvar pórů. „V budoucnu bychom chtěli napodobit vnitřní strukturu porézní kosti. Pomocí CT skenu porézní kosti bychom měli být schopni vytisknout podobnou strukturu s optimalizovaným složením,“ představuje jeden z nápadů Částková.
Přiznává ale, že budou muset počkat především na to, jak na porézní materiály zareagují samotné kmenové buňky. „Teď víme, jakou pórozitu buňky požadují. Až při osazování materiálu ale zjistíme, zda mají buňky ještě nějaké další požadavky. Jak velkou roli hraje třeba tvar pórů, propojení,“ dodává Klára Částková.
Celý projekt má tři hlavní fáze a poběží až do roku 2023. „V první fázi musíme připravit vhodný materiál, tzv. umělý štěp, který se bude mezi obratle vkládat. Ve druhé fázi budou kolegové tento implantát osazovat kmenovými buňkami a modifikovat jejich vývoj. V poslední fázi pak budeme toto řešení testovat na zvířatech. Na konci by tak měl existovat konkrétní funkční vzorek, který má daný protokol výroby i kolonizace buňkami a o kterém víme, jak se chová v organismu a jak je jím přijat,“ upřesňuje Klára Částková.
Nejedná se ale o první spolupráci výzkumné skupiny Pokročilé keramické materiály a Ústavu histologie a embryologie MU. Už v minulosti odborníci z Masarykovy univerzity testovali míru buněčné toxicity a kompatibility biomateriálů připravených skupinou Pokročilých keramických materiálů. „Kolega z našeho týmu navíc spolupracoval na projektu vytváření náhrad pevné tkáně kombinací kera- miky a biopolymeru. Máme tedy už řadu zkušeností a znalostí, které můžeme v tomto projektu využít a náš záměr naplnit,“ uzavírá Klára Částková.