Již před více než 15 lety, kdy byly připraveny první polymerní nanostruktury, si výzkumníci povšimli, že struktura nanovláken pod mikroskopem velmi připomíná tzv. extracelulární matrix buněk (ECM). Ta tvoří přirozenou vnější mechanickou podporu buněk uvnitř tkání a určuje tím jejich vnitřní strukturu. Odtud byl jen krůček k myšlence využít nanovlákna jako podpůrný element pro růst buněk. A této myšlenky se stále držíme, co víc, neustále ji rozvíjíme…
Srovnání struktury nanovláken a extracelulární matrix kožní tkáně
Následovala řada experimentů, která potvrdila, že nanovlákenné struktury skutečně představují pro buňky optimální prostředí, ve kterém ochotně a rychle rostou. Na základě těchto znalostí jsme ve spolupráci s Technickou univerzitou v Liberci navrhli koncept vstřebatelného nanovlákenného kožního krytu, který by podpořil regenerativní procesy při hojení kožních defektů. Jako vhodný polymerní materiál pro přípravu nanovláken byl díky své biokompatibilitě a biodegrabilitě vybrán polykaprolakton (PCL). Byla provedena série testů na in vitro a in vivo modelech, které potvrdily jak bezpečnost a vynikající snášenlivost PCL nanomateriálu, tak především velmi slibné urychlení hojení kožních poranění.
Obrázek z konfokálního mikroskopu ukazuje nanovlákenný nosič z PCL/PVA pokrytý vrstvou množících se kožních buněk (fibroblasty) při in vitro kultivaci
Nanovlákenná PCL struktura vyrobená metodou elektrostatického zvlákňování je velice podobná svou morfologií mezibuněčné hmotě kůže, a tím představuje ideální základnu pro reparaci a regeneraci této tkáně. Další výhodou je, že nanovlákna jsou extrémně tenká a jemná a snadno tak přilnou ke spodině rány kapilárními silami. Díky použití biodegradabilního materiálu dochází postupně k vstřebávání materiálu PCL a není nutné jeho odstraňování v průběhu léčby, což u jiných zdravotnických prostředků určených k hojení ran narušuje již započatý proces hojení. Nanovlákenná vrstva může přispět k hojení kožních ran vytvářením specificky vhodných transportních podmínek plynů a vlhkosti. Zároveň může být velmi účinnou ochranou proti pronikání bakterií, virů a obecně cizorodých částic do léčené rány. Tato zjištění se stala základem pro rozhodnutí certifikovat tuto PCL nanovlákennou strukturu jako zdravotnický prostředek a ve formě kožního krytu jej uvést na trh. To vedle řady legislativních požadavků zahrnovalo také povinnost realizovat klinickou studii a ověřit bezpečnost a efektivitu zdravotnického prostředku na lidských dobrovolnících.
Experimentální prostředek „NANOTARDIS“ – nanovlákenná vrstva pro hojení kožních poranění připravená pro klinické hodnocení
Pro prostředek byl zvolen název NANOTARDIS a v roce 2017 byla zahájena klinická studie ve třech různých zdravotnických zařízeních (Krajská nemocnice Liberec, Fakultní nemocnice Královské Vinohrady a Fakultní nemocnice Bulovka). Do studie bylo zařazeno celkem 19 pacientů, kterým byly prostřednictvím NANOTARDIS léčeny dva stěžejní typy diagnóz – chronické infekční léze (bércové vředy, žilní městky končetin s vředy apod.) a čisté akutní kožní poranění (řezné rány, odběry basaliomů, odběry kožních štěpů). V průběhu čtyř týdnů byl sledován stav hojení kožních defektů na základě hodnocení povrchu a spodiny rány, okolí rány, lokální bolestivosti a sekrece tekutiny z rány. Výsledky klinické studie ukázaly, že zdravotnický prostředek NANOTARDIS má podle předpokladů vynikající adhezi ke kožním poraněním. Především pak bylo prokázáno, že NANOTARDIS byl v případě čistých akutních ran velmi dobře snášen s vynikajícím efektem na hojení. U chronických kožních poranění se ve většině případů prokázala velmi dobrá tolerance kožního krytu. Pozorovány byly efekty nastartování procesu hojení a léčba probíhala bez bolesti při aplikaci i v průběhu léčby. Bylo tedy zřejmé, že nanovlákenná vrstva PCL svými unikátními morfologickými a fyzikálními vlastnostmi podporuje hojení rány a tím zkracuje dobu léčby pacienta, a to především v případě akutních ran, ale též v případě ran chronických. Tyto velmi slibné výsledky nás silně povzbudily a aktuálně usilovně pracujeme na tom, abychom NANOTARDIS mohli co nejdříve uvést na trh a nabídnout tak pacientům novou efektivní možnost léčby kožních poranění.
Graf ukazuje zmenšování průměru rány akutních poranění kůže v průběhu léčby prostředkem NANOTARDIS v rámci klinického hodnocení
Cesta od prvních mikroskopických pozorování nanovláken až po klinické využití ukazuje, jak může vědecká zvědavost přerůst v technologii, která skutečně mění lidské životy. Nanomateriály přinášejí do moderních léčebných postupů něco jedinečného – schopnost spojit preciznost materiálového inženýrství s přirozenými principy lidského těla. Vytvářejí prostředí, ve kterém se tkáně mohou znovu obnovovat, rány hojit rychleji a pacienti prožívat léčbu s menší bolestí a větší nadějí. Nanovlákenné struktury tak nejsou jen výsledkem pokročilého výzkumu, ale symbolem nové generace medicíny, kde inovace slouží člověku, a kde i okem neviditelné malé struktury mohou mít zásadní dopad na kvalitu lidského života.
Za popsaným výzkumem stojí tým odborníků z klastrové organizace NANOPROGRESS (www.nanoprogress.eu), kteří jsou též součástí týmu Nano4hope.