Podrobnosti: Vytvořeno 14. září 2007; Napsal Markéta Polášková

Pokud náš imunitní systém narazí na nepatřičnou částici, snaží se ji zlikvidovat nebo ji nějakým způsobem z těla dostat pryč. A kloubní náhrady, vyráběné například z titanu, rozhodně nejsou lidskému tělu vlastní.

Obr. 1 – náhrada loketního kloubu

Aby se jizvy po operacích dobře hojily a vložená zařízení fungovala správně, je potřeba, aby vše, co přijde do styku s lidskou tkání, bylo vhodným způsobem upraveno - tedy aby tělo na vložené zařízení nereagovalo agresivně = aby použitý materiál byl bio-kompatibilní.

Vcelku jednoduchá situace nastává například při voperování kardiostimulátoru, který sice podporuje činnost srdce, ale není v přímém kontaktu s krví. Jiné to ovšem je s biosenzory pro měření obsahu glukózy v krvi – ty už pochopitelně v přímém kontaktu s krví být musí. Během vývoje tohoto typu biosenzoru se už investovaly nemalé peníze na to, aby přístroj vydržel v krevním řečišti ideálně celý život, nebo alespoň několik měsíců, to se ale bohužel zatím žádnému týmu nepodařilo. Tělo jej nakonec vždy rozpoznalo a senzor musel být nejpozději po týdnu vyměněn.

Jedinou možností, jak biosenzor v těle udržet, je najít způsob, jak imunitní systém „ošálit“, tedy najít takový materiál, kterého si imunitní systém „nevšimne“. Vývojem těchto biokompatibilních materiálů se v České republice zabývá doktor Jan Přibyl z Národního centra pro výzkum biomolekul Masarykovy univerzity.

Obr. 2 – doktor Přibyl při práci s AFM mikroskopem

Jedním ze směrů, kterým se ubírá, je návrh materiálů, kterými se budou potahovat kloubní náhrady, vyráběné převážně z titanu. „Stává se totiž, že některým pacientům se rány po operacích nechtějí hojit a do jizev se zanáší infekce, čemuž se hůře brání hlavně organismus starších lidí“, vysvětluje doktor Přibyl. „Proto bychom chtěli najít takové materiály, na kterých by bakterie vůbec neadherovaly, tedy k nim nepřilnuly, naopak lidská tkáň aby takový materiál snášela dobře. Titan sice toto v zásadě splňuje, lékaři ale požadují, aby byl titan nějakým způsobem modifikovaný a v důsledku toho byl úspěšně přijímán organismem širšího spektra pacientů, než je tomu u nemodifikovaného titanu.

A jak se vlastně dá titan modifikovat? Například tak, že se potáhne monovrstvou polymeru. Vhodnou látkou se zdá být konkrétně polyethylenglykol, což je látka, která je hydrofilní, imunitní systém člověka ji nerozpoznává a navíc odpuzuje bakterie.

Další možností pak je potáhnutí titanu kompaktnější vrstvou, pod kterou by bylo skryto antibiotikum. To by se postupně uvolňovalo, ovšem jen po dobu hojení rány a pouze v jejím okolí, aby se zbytečně nezatěžoval organismus člověka.

Obr. 3 - polyethylenglykol

Výzkum vhodných materiálů doktor Přibyl provádí pomocí tzv. piezoelektrického biosenzoru ve spojení s AFM mikroskopem. Piezoelektrický senzor je řez z křemene, na němž jsou napařeny destičky ze zlata plnící úlohu elektrod - pokud se na ně přivede střídavé napětí, začne křemen oscilovat s určitou rezonanční frekvencí.

Biosenzor je velice citlivý na hmotnostní přírůstek – začne-li se na plochu křemene vázat nějaká látka (požadovaný polymer), pak se oscilace utlumí úměrně navázané hmotnosti. Pokles frekvence o 1 Hz odpovídá navázání 0,8 ng (nanogramů), přičemž doktor Přibyl dokáže s vybavením své laboratoře měřit s přesností na deset mHz, tedy na desítky femtogramů.

Piezoelektrický krystal

Obr. 4 a 5 – Piezoelektrický krystal a jeho schéma

Kombinace biosenzoru s AFM mikroskopem přináší unikátní výsledky. Senzor se během měření vkládá pod AFM mikroskop a pomocí výše uvedeného principu se v reálném čase zjišťuje, kolik polymeru už se navázalo, zda je nebo není navázaná vrstva kompaktní a dokonce i to, zda k ní adherují nějaké buňky či proteiny.

Kromě potáhnutí titanových náhrad se doktor Přibyl zaměřuje i na jiná zařízení, která je nutno implantovat – například již zmíněné senzory na měření glukózy v krvi. I u těch se uvažuje o obalení polyethylenglykolem, tentokrát ale bude výroba o něco složitější než u náhrad kloubů. Senzory se totiž budou muset „šít na míru“, protože každý pacient má v krvi přítomny jiné, specifické antigeny.

průtočná cla

Obr. 6 – Typy průtočných cel, do kterých se biosenzor vkládá během měření

Inovace se týká i samotné analýzy krve – v posledních letech se kromě hladiny glukózy začíná sledovat také hladina tzv. glykovaného hemoglobinu (červené krevní barvivo obsažené v červených krvinkách).

Glukóza se totiž v jisté míře váže právě na hemoglobin, což se udává v procentech - u zdravého člověka jsou to max. 3% celkového obsahu hemoglobinu. U diabetiků je ovšem koncentrace glukózy zvýšená a pak je zvýšené i procento glykovaného hemoglobinu, které narůstá až k hodnotě 15%. Zatímco při analýze glukózy se zjistí pouze její okamžitá hodnota a pacient musí přijít na vyšetření ráno a na lačno, může být doba vyšetření hemoglobinu i stav pacienta libovolný. Mnohem větší výhodou je ovšem skutečnost, že analýzou hemoglobinu zjistíme diabetický obraz pacienta až 3-4 měsíce dozadu.

K řadě popsaných možných využití materiálů vyvíjených doktorem Přibylem hlavně pro lékařství je zajímavé přidat i jedno využití, které by se mohlo začít používat i v běžných domácnostech. Už výše bylo uvedeno, že některé materiály odpuzují bakterie. Takové materiály by se daly použít při výrobě igelitových sáčků, ve kterých se budou potraviny díky absenci bakterií méně kazit, nebo by se jimi daly potáhnout plochy, které je potřeba držet v čistotě, např. v ledničkách.

Nové materiály pro lékařství

Facebook komentáře