Wywiad z Panią dr hab. n. farm Agatą Przekorą-Kuśmierz, prof. UM

Z Panią Profesor Agatą Przekorą-Kuśmierz, Gościem Honorowym Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej ,,Biopolimery – źródło nowych materiałów” rozmawialiśmy o jej zainteresowaniach naukowych, badaniach oraz planach na przyszłość. Konferencja odbędzie się 3 września 2020 roku. 

Szczegółowe informacje na temat wydarzenia można znaleźć na stronie: http://fundacja-tygiel.pl/biopolimery/

Fundacja Tygiel: Jak narodziło się Pani zainteresowanie biomateriałami?

dr hab. n. farm Agata Przekora-Kuśmierz, prof. UM: Moje zainteresowanie biomateriałami wynikało z dołączenia do Zespołu Katedry Biochemii i Biotechnologii, której kierownikiem jest profesor Grażyna Ginalska, zajmującego się tą tematyką już od kilku lat. Zostałam  zatrudniona, aby stworzyć od podstaw laboratorium hodowli komórek, którego głównym celem było przeprowadzanie testów i wstępnych badań przedklinicznych nowych biomateriałów w warunkach in vitro. W taki właśnie sposób rozpoczął się mój kontakt z biomateriałami. Nie ukrywam, że testując w warunkach in vitro kolejne typy materiałów implantacyjnych, , sama złapałam bakcyla i zaczęłam w tym kierunku prowadzić badania. Pani Profesor Ginalska była promotorem mojej rozprawy doktorskiej, więc to również zdeterminowało tematykę prowadzonych przez mnie badań i spowodowało, że dość mocno wyspecjalizowałam się w tym kierunku. Obecnie, o ile zespół prof. Ginalskiej jest skupiony na opracowywaniu nowych biomateriałów i ich modyfikacji w celu uzyskania właściwości przeciwbakteryjnych czy poprawy biokompatybilności, to ja z moim zespołem zaczęłam koncentrować się na typowej inżynierii tkankowej, zatem na tworzeniu biomateriałów, które można zasiedlić w warunkach in vitro komórkami pacjenta, tworząc żywy szczep tkanki kostnej, chrzęstnej lub skóry. 

FT:  Aktualnie Pani pracuje na biomateriałach chitozanowo-agarozowych?

APK: Tak, ostatnio skupiłam się na tych dwóch polimerach, czyli chitozanie i agarozie. To jest również temat grantu finansowanego przez NCN (Narodowe Centrum Nauki przyp. red), który realizujemy razem z moim zespołem. Są to więc dwa polimery, na których głównie bazujemy, jednakże nie wykluczam modyfikacji uzyskanych biomateriałów innymi biopolimerami. W moich badaniach przewija się również kurdlan – biopolimer, który stosowałam wcześniej w moich badaniach prowadzonych w ramach rozprawy doktorskiej i habilitacji.

FT: Gdzie te biopolimery mogą znaleźć zastosowanie?

APK: One już są szeroko stosowane w inżynierii biomateriałów i inżynierii tkankowej, między innymi do wytwarzania nośników leków, opatrunków na rany oraz biomateriałów do regeneracji tkanki chrzęstnej i kostnej. Natomiast wciąż mogą być one w różny sposób modyfikowane, aby nadać im odpowiednie cechy. Chitozan jest bardzo dobrym bazowym biopolimerem, który można łatwo modyfikować, aby nadać mu zupełnie nowe właściwości biologiczne. Kombinacje tych polimerów z innymi makromolekułami mogą dać naprawdę olbrzymie możliwości, jeżeli chodzi o wachlarz zastosowań. Oprócz zastosowań biomedycznych, są z nich również tworzone różnego rodzaju folie biodegradowalne czy opakowania na żywność.

FT:  Jakich cech szuka się w nowych biomateriałach?

APK:  W inżynierii biomateriałów można wyróżnić dwa typy materiałów: kompozyty i hybrydy. Kompozyty powstają kiedy mieszamy ze sobą dwa polimery lub polimer z fazą nieorganiczną i nie występują między nimi żadne interakcje chemiczne. Natomiast jeżeli połączymy dwa polimery, a pomiędzy nimi tworzą się wiązania chemiczne, to powstaje całkowicie nowy materiał nazywany hybrydą. Kompozyty mają zazwyczaj właściwości, które są sumą właściwości tych dwóch zmieszanych ze sobą polimerów, natomiast hybryda to całkowicie nowy biomateriał, który ma nowe właściwości i parametry. Nasz zespół obecnie skupia się na tworzeniu nowych opatrunków i substytutów skóry. W tym celu łączymy ze sobą różne polimery, mając nadzieję, że znajdziemy materiał hybrydowy, który będzie wykazywał unikatowe właściwości sprzyjające regeneracji skóry. Zależy nam na materiale o odpowiednim pH, współczynniku przepuszczalności pary wodnej, zdolności do adsorpcji białek, która będzie sprzyjać adhezji komórek skóry. Testujemy różne kombinacje, które pomogą uzyskać biomateriał o pożądanych przez nas cechach. Skupiamy się też na parametrach mechanicznych, połączenie wspomnianego chitozanu z agarozą pozwala na utworzenie bardzo elastycznego filmu, który może służyć jako substytut skóry, mimo że ani chitozan, ani agaroza osobno nie mają takich właściwości.

FT:  Czy opracowywanie nowych biomateriałów jest problematyczne? Jakie problemy pojawiają się podczas badań?

APK:  Tak, jest to problematyczne. Dla przykładu: stawiam sobie hipotezę, że połączenie dwóch polimerów, które wiem, że mają dobrą biokompatybilność i są nietoksyczne, powinno skutkować powstaniem biomateriału, który będzie sprzyjać procesom regeneracyjnym. Łączę te dwa polimery, wprowadzam metodę produkcji, a na sam koniec okazuje się że ten biomateriał z jakiegoś powodu daje efekt toksyczny w warunkach in vitro. Cała moja idea, hipoteza badawcza upada. Okazuje się, że warunki podczas procesu produkcji mają ogromny wpływ na  to, jaki materiał kompozytowy lub hybrydowy powstanie. Ciężko przewidzieć efekt takiego procesu. Reakcja może przebiegać w kompletnie inny sposób, niż się spodziewamy, wręcz wbrew prawom chemicznym, pomimo że w teorii materiał wydaje się prosty do wytworzenia.  Równie ważne, szczególnie w przypadku biomateriałów kostnych, jest aby materiał miał odpowiednie parametry mechaniczne, głównie z tego względu, że implantuje się go w miejsca narażone na duże obciążenia mechaniczne. No i tu jest kolejny problem, najczęściej jeżeli uda się uzyskać materiał o dobrych parametrach mechanicznych, nie sprzyja on procesom adhezji i proliferacji komórek kościotwórczych. Bywa również na odwrót, biomateriały, które w warunkach in vitro są wysoce biokompatybilne, często mają niewłaściwe parametry mechaniczne i nie można ich zastosować w warunkach klinicznych bez odpowiedniego wsparcia w postaci płytek tytanowych czy dodatkowych rusztowań, które nadawałyby biomateriałowi wytrzymałość na obciążenia mechaniczne. Trudno jest stworzyć idealny biomateriał, który miałby wszystkie pożądane cechy, o których  powiem więcej na moim wykładzie. Reasumując, nie słyszałam jeszcze o idealnym biomateriale do substytucji tkanki kostnej czy sztucznej skóry.

FT:  Jaki był Pani największy przełom, kamień milowy w karierze naukowej? Czy jest taka jedna rzecz?

APK:  Może powiem z czego jestem najbardziej dumna, jeżeli chodzi o osiągnięcia. Wraz z moją doktorantką, a już zaraz Panią Doktor, Pauliną Kazimierczak opracowałyśmy metodę produkcji rusztowania kostnego o bardzo dużej porowatości otwartej. Biomateriał ten ma naprawdę dobre parametry mechaniczne i strukturalne, zbliżone do kości gąbczastej. Ponadto wykazuje bardzo dużą biokompatybilność oraz sprzyja procesom kościotwórczym prowadzonym przez komórki macierzyste. Jak do tej pory jest to osiągnięcie, z którego jestem najbardziej dumna.

FT: W obszarze Pani zainteresowań znajdują się również komórki macierzyste, jest to temat, o którym z roku na rok coraz częściej się mówi. Jak często są one wykorzystywane w inżynierii tkankowej?

APK:  W inżynierii tkankowej bardzo często wykorzystuje się komórki macierzyste, które w ostatnim czasie stały się wręcz modelowymi komórkami wykorzystywanymi w badaniach przedklinicznych prowadzonych w warunkach in vitro. Komórki macierzyste wyizolowane z tkanki tłuszczowej lub ze szpiku kostnego stosuje się do oceny biokompatybilności w warunkach in vitro zamiennie z wystandaryzowanymi liniami komórkowymi. Coraz częściej używa się ich również do generacji żywych autowszczepów, czyli w takiej klasycznej inżynierii tkankowej. Jednak biomateriały zasiedlone komórkami macierzystymi w praktyce są bardzo rzadko wykorzystywane, odnotowane są tylko pojedyncze próby kliniczne. Natomiast terapia samymi komórkami macierzystymi w medycynie regeneracyjnej staje się coraz popularniejsza, zwłaszcza w weterynarii. Ja również we współpracy z Lubelskim Centrum Małych Zwierząt oraz Puławskim Centrum Weterynaryjnym prowadziłam eksperymentalne leczenie kotów, psów oraz fretki za pomocą komórek macierzystych wyizolowanych z tkanki tłuszczowej tych zwierząt. Kliniki dostarczały do mnie tłuszcz, pobrany przy okazji np. zabiegów sterylizacji, z którego izolowałam komórki macierzyste, które następnie były podawane domiejscowo lub dożylnie zwierzętom. Zaobserwowano zaskakujące, pozytywne efekty terapeutyczne. Metodę tą wykorzystywano w leczeniu zwyrodnień stawów oraz zmian w obrębie kręgosłupa, jak również podjęto próby leczenia nietrzymania moczu u starszych psów. Stosowanie komórek macierzystych bez biomateriałów staje się powszechne w weterynarii i powstaje dużo banków komórek macierzystych dla zwierząt. Mam nadzieję, że stosowanie terapii komórkami macierzystymi u ludzi będzie niedługo tak samo popularne.

FT: Jakie zagadnienia poleciłaby Pani młodym badaczom, którzy poszukują swojej tematyki w obszarze medycyny regeneracyjnej?

APK: Jest to chyba kwestia indywidualna i w dużej mierze zależna od zainteresowań. Jednak to co według mnie jest teraz w medycynie regeneracyjnej trendy i co ja sama mam nadzieję rozpocząć i rozwijać, to jest drukowanie tkanek metodą druku 3D, tzw. biodrukowanie (ang. bioprinting). Metoda ta polega na tym, że polimery miesza się z zawiesiną komórek, a następnie za pomocą specjalnej drukarki drukuje się organ lub tkankę w strukturze 3D. Wewnątrz takiego polimeru mamy zainkorporowane np. komórki macierzyste pacjenta. Klasyczne podejście inżynierii tkankowej jest takie, że biomateriał jest zasiedlamy komórkami, które się przyklejają i zaczynają namnażać, tworząc konstrukt. W przypadku biodruku 3D, drukując organ czy tkankę mamy utworzony już gotowy konstrukt, bo polimer zawiera wbudowane komórki pacjenta.

FT: W takim razie oprócz bioprintingu, czy ma Pani jeszcze jakieś inne plany na rozwój swoich badań?APK:  Oczywiście dalej kontynuujemy badania nad nowoczesnymi bioaktywnymi opatrunkami na rany przewlekłe. Jeżeli uda nam się pozytywnie przejść przez  wszystkie badania w warunkach in vitro, to chciałabym podjąć współpracę z zaprzyjaźnionymi klinikami weterynaryjnymi i wypróbować opatrunki w leczeniu ran przewlekłych u pacjentów weterynaryjnych. To nie będą takie typowe testy na zwierzętach, ponieważ  są to materiały dobrze nam znane, które nie są toksyczne. Takie eksperymentalne leczenie zwierząt pozwoli nam uzyskać odpowiedź, czy nasze opatrunki faktyczne przyśpieszają gojenie się ran przewlekłych i po ciężkich oparzeniach. Natomiast pozytywne rezultaty eksperymentalnego leczenia pacjentów weterynaryjnych otworzy nam nowe możliwości związane z potencjalnym wdrożeniem nowych opatrunków na rynek.   

Dziękujemy serdecznie za udzielony wywiad i zapraszamy po więcej informacji na temat Konferencji http://fundacja-tygiel.pl/biopolimery/