Bionika és sebkezelés

A Medicalonline.hu 2021. június 29-én tudósított arról, hogy lezárult a Pázmány Péter Katolikus Egyetem, a Semmelweis Egyetem és a Bionikai Innovációs Központ Nonprofit Kft. együttműködésében megvalósított, négyéves Nemzeti Bionika Program. A 19 egyedi projektet magában foglaló, 1,9 milliárd forint összköltségvetésű program projektjeinek keretében részben a későbbi fejlesztéseket megalapozó kutatások zajlottak, részben a mindennapi életben is hasznosítható eredmények születtek. Ez a hír adja az apropót arra, hogy megnézzük, vannak-e a kapcsolódási pontjai a bionikának és a sebkezelésnek/sebgyógyulásnak.

A Wikipédia vonatkozó szócikke szerint maga a biomimikri, biomimetika vagy biomimézis néven is ismert, de az orvosi szaknyelven leginkább bionikaként elterjedt kifejezés egy olyan új, több szaktudományt átfogó tudományágat takar, amelynek „célja az élő természetben kifejlődött megoldások átültetése a műszaki gyakorlatba, abból a megfontolásból is kiindulva, hogy a természetben fennálló természetes kiválasztódás az optimális megoldásokat jelenti egy-egy problémára”. A szó a görög biosz (természet) és az angol technika (technics) szavak összevonásából származtatott. Elsőként egy amerikai repülőmérnök, Jack E. Steele őrnagy használta, amikor a Wright-Patterson légibázison (Dayton, USA) folyó kutatásairól számolt be egy 1960-as konferencián.

Megjegyzendő, hogy egy kapcsolódó fogalmat, a „biometriát” Schmitt (1969) honosított meg egy tanulmányának címével, amely a biológiailag előállított szubsztanciák és anyagok (például enzimek vagy selyem, valamint biológiai mechanizmusok és folyamatok) fejlődésének, szerkezetének vagy működésének tanulmányozását írta le (mint például a fehérjeszintézis vagy a fotoszintézis), különösen azért, hogy mesterséges mechanizmusokon keresztül hasonló termékeket szintetizáljanak, amelyek utánozzák a természetes folyamatokat.

Az elektronika-számítástechnika (információs) technológiái és a biotechnológiák szinergiája természetesen jelen van az orvostudományban is. Az anyagtudomány, az elektrotechnika, a biokémia, a továbbfejlesztett biológiai anyagok, a robotika, a szövettechnika és a számítási teljesítmény fejlődése jelentős innovációkhoz vezetett az orvosi bionika területén is. A modern orvoslás új technikáit alakítja ki, amelyekben meghatározók a gyenge elektromágneses kölcsönhatások az élő anyag és a mesterséges eszköz között. Eredményeként (például) apró gépek építhetők be az élő szervezetbe vagy olyan robotkarok állíthatók elő, amelyek funkcionalitása talán a nem túl távoli jövőben utolérheti az emberi karét.

A transzplantációhoz rendelkezésre álló biológiai szervek hiánya és az immunszuppresszió folyamatos nehézségei miatt szükség van a bionikus terápiák fokozott fejlesztésére. E „hagyományos” bionikus terápiák közül sok elsősorban az elektronikus vagy mesterségesen megtervezett kezelési megoldásokra koncentrál. A külső szintetikus terápiák alkalmazását „exo-bionikus” kezelésnek nevezzük. Egy másik paradigma szerint a humán kezelés és fejlesztés történhet a benne rejlő szervek és szövetek újraszervezésével és átalakításával – ez az auto-bionika területe. Ez utóbbi metódus alkalmazása viszonylag új, és az orvosi technológia csak nemrégiben ismerte fel előnyeit. Néhány felhasználás statikus, és magában foglalja a bőr átültetését, artériás és vénás graftokat a koszorúérműtétekhez, valamint az izom flap-ek alkalmazását rekonstruktív műtétek során.

A bionika jelen van a sebkezelés és a sebgyógyulás területén is. A Scienceguruk. blog.hu szerzője például arról ír, hogy már az ókorban is használtak két végén levágott madártollhoz erősített állati hólyagot a gyógyfőzetek sipolyokba (amelyek lehetnek sérülések után visszamaradó, be nem gyógyult sebek, vagy gyulladásos gennygyülemek) való juttatására. A Medicalonline.hu pedig már 2009-ben arról tudósított, hogy a bécsi egyetem kutatói a sebgyógyítás számára fejlesztenek új orvosi ragasztóanyagokat a szalamandrák bőrváladékából. Ugyanakkor e blogbejegyzés témájába vágó más hazai cikket – az amputáció után használt bionikus végtagokkal foglalkozókat most nem ide számítva – nem találtam. Várom a segítségét!

Nézzük át röviden az elmúlt két év nemzetközi (szak)irodalmát! 2019-ben Tingting Xu (Nanking, Kína) és munkatársai az Advanced Healthcare Materials c. folyóiratban arról írtak, hogy jóllehet különféle bionikus extracelluláris mátrix biomasszákat terveztek a hipertrófiás hegesedés kezelésre, nem minden biológiai anyag képes szinergizálni a biológiai funkciókat és az alkalmazási funkciókat a seb helyreállításában. A biomolekulákkal vagy gyógyszerekkel megrakott bionikus heg-gátló scaffoldok ígéretes stratégiává válnak a heg nélküli bőrregenerációhoz. Az extracelluláris mátrix által inspirált rostos scaffoldok tehát új perspektívákat kínálnak a sebek gyorsított gyógyulásával és a szövetek regenerációjával kapcsolatban.

2020-ban Jifang Yuan (Peking, Kína) és munkatársai arról számoltak be, hogy a kismolekulák figyelemre méltó szerepet játszanak a szövetek regenerálódásának elősegítésében. A selyem nanoszálakat, mint sokféle bioaktív molekula sokoldalú hordozóit, használni lehet scaffoldok előállítására, majd a szövetek funkcionális helyreállítására. A kismolekulás bionikus scaffoldok ígéretes jövővel rendelkeznek a bőrszövet regenerációjában.

Tavaly júniusban Wei Han (Nanking, Kína) és munkatársai a Bioactive Materials c. szaklapban a biofilm és a kagyló erős tapadási mechanizmusa által ihletett új kettős bionikus kitozánon alapuló adhezív hidrogélt (DBAH) mutattak be, metakriláttal, dopaminnal és N-hidroxi-metil-akrilamiddal graftolva. Ezek a hidrogélek kimagasló hemosztatikus képességeket, kiváló antibakteriális tulajdonságokat és biokompatibilitást mutattak. Tehát a DBAH nagy hatékonyságú, a vérzéscsillapítás és a sebgyógyulás szempontjából ígéretes bioanyag-osztályt képvisel.

2021 márciusában Tan Xiaohua (Tiencsin, Kína) és munkatársai bionikus műbőr mechanikai jellemzőinek elemzését végezték el különböző varrási mintázatok alkalmazásával. Összegzésükben megállapítják például, hogy a V alakú varrat hatékonyan elősegítheti a sebgyógyulást az „átlagos” esetekben; de a gyakrabban mozgó ízületek vagy a bőr mikrocirkulációs rendellenességeiben szenvedő betegek esetében az I-alakú varrás megfelelőbb. Ezenkívül a bőr ráncait könnyen okozhatja a nagy stresszkoncentráció, amely hatással lesz az emberi arcbőr megjelenésére. Ugyanakkor elősegítheti a tápanyagok felszívódását a nyelőcsőben, a belekben és a fal nyálkahártyájának más részeiben is, fontos fiziológiai szerepet játszva. Ezért ezt a tényezőt is figyelembe kell venni a varratminta megválasztásakor. A V-alakú varrás javasolható a bőr számára, az I-alakú pedig a belső lumen struktúrákhoz.

A múlt hónapban az Acta Biomaterialia c. szakfolyóirat publikálta az ugyancsak kínai (Nanking) Rong Yang és munkatársai tanulmányát, amelyben arról számoltak be, hogy kifejlesztettek egy egyszerű és kényelmes, in situ formálható, injektálható, biológiailag lebomló és antioxidáns tulajdonságú, öngyógyító, egyfajta bionikus extracelluláris mátrix (ECM) hidrogélt, amely tiol-módosított poli (γ-glutaminsav) (γ-PGA-SH) és oxidált hialuronsav (HA-CHO) alapú. Az ECM által inspirált hidrogélek jelentősen fokozták a sebgyógyulási folyamatot a teljes vastagságú modellben, in vivo, összehasonlítva egy kereskedelemben kapható kötszerrel az angiogenezis megkönnyítésével és a kollagén lerakódásának elősegítésével. A multifunkcionális hidrogél antioxidáns sebkötésként történő sikeres alkalmazása a sebkezelésben jelentősen megmutatta nagy alkalmazási lehetőségét az orvosbiológiai területeken.

A bőr pro-regeneratív strukturális és funkcionális tulajdonságai miatt az új, modern kötszerek tervezésének legjelentősebb kihívása a szöveti mikrokörnyezet utánzása. A természetben megtalálható organizmusok (például kagylók, gekkók, bélférgek stb.) és más anyagok tapadása által ihletett tudósok különféle tapadási mechanizmusokkal rendelkező orvosi ragasztókat fejlesztettek ki a sebkötésekhez. Mint ahogy azt Liwei Zhang (Szucsou, Kína) és munkatársai a Biomacromolecules tavaly októberi számában megállapították, a nagyon adhezív hidrogélek sebkötésként való fejlesztése gyors ütemben halad, de még mindig nagy kihívással néz szembe. A statisztikák szerint sok adhezív hidrogél sebkötésként már alkalmazható a klinikákon, és jó alkalmazási kilátásokat mutat. Sőt, a számuk évről évre növekszik. A technológiák, például a 3D-bionyomtatás és az őssejtek gyors fejlődésével hamarosan újabb, még hatékonyabb hidrogél alapú kötszerek jönnek létre. Ebben sokat segít, segíthet a már jelentős múlttal rendelkező és nagy jövő előtt álló bionika.

Az illusztrációk forrása a Pixabay.com.

Figyelem! Az eredeti poszt megjelenése után a blogbejegyzéseink csak igen ritkán frissülnek. Mivel az orvostudomány és az egészségipar folyamatosan fejlődik, egyes megállapítások már idejüket múlhatták, ezért feltétlenül figyelje a közzététel időpontját, és – ami még fontosabb – keresse a minél frissebb információkat!