Jak tłumaczą autorzy rozwiązania, kluczowym założeniem badań było wykorzystanie rozpuszczalników głęboko eutektycznych (DES) do modyfikacji klasycznych hydrożeli żelatynowych. Po połączeniu z polimerem tworzą one eutektożele – materiały, których właściwości można kontrolować poprzez dobór stężenia oraz typu DES. Zmiana środowiska chemicznego pozwala wpływać m.in. na strukturę sieci polimerowej oraz sposób transportu cząsteczek wewnątrz materiału. To z kolei ma duże znaczenie w projektowaniu materiałów dla biomedycyny, np. w systemach kontrolowanego uwalniania leków czy nowoczesnych materiałach opatrunkowych.
W inżynierii materiałowej bardzo często zaczynamy od prostych pytań: co się stanie, jeśli zmienimy tylko jeden element układu? W naszym przypadku był to rozpuszczalnik. Okazało się, że połączenie dobrze znanej żelatyny z rozpuszczalnikami głęboko eutektycznymi pozwala „zaprojektować” zupełnie nowe właściwości materiału – od sposobu transportu cząsteczek po działanie przeciwbakteryjne i biozgodność. Takie podejście pokazuje, jak duże znaczenie w rozwoju nowoczesnych biomateriałów dla medycyny i bionanotechnologii mają dziś inżynieria materiałowa i nanotechnologia – mówi dr Tomasz Swebocki z Instytutu Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej.
„Ta sama” żelatyna, inne właściwości
Badania wykazały, że nawet niewielkie zmiany składu chemicznego mogą diametralnie zmienić zachowanie materiału. W zależności od zastosowanego rozpuszczalnika głęboko eutektycznego, powstające eutektożele wykazywały odmienne właściwości transportu antybiotyku
Jedne z nich działały jak swoista „gąbka molekularna”, zatrzymując lek w strukturze żelu. Inne tworzyły bardziej zwartą barierę, spowalniając jedynie jego przenikanie bez utraty w samym żelu – wyjaśnia dr Swebocki. – Dzięki temu możliwe jest dostrajanie właściwości materiału do konkretnych zastosowań biomedycznych. Kolejnym etapem badań będzie pogłębiona ocena funkcjonalności opracowanych materiałów w bardziej złożonych modelach biologicznych, które lepiej odzwierciedlają warunki rzeczywistego gojenia ran. Pozwoli to zweryfikować skuteczność eutektożeli w dynamicznym środowisku biologicznym oraz przygotować grunt pod dalsze prace nad ich potencjalnym wdrożeniem w praktyce klinicznej – dodaje.
Naukowiec przekonuje, że opracowane żele już na tym etapie badań wykazują biokompatybilność, a więc w kontakcie z organizmem nie powinny wywoływać podrażnień, stanów zapalnych czy innych niepożądanych reakcji. Ponadto, wykazują również właściwości przeciwbakteryjne wobec bakterii takich jak Escherichia coli czy MRSA (gronkowca złocistego opornego na metycylinę), a jednocześnie zachowują cytokompatybilność względem ludzkich keratynocytów. Oznacza to, że materiały te mogą być w przyszłości rozważane jako komponenty nowoczesnych materiałów opatrunkowych lub platform do kontrolowanego dostarczania leków.
Eutektożele mogą znaleźć zastosowanie m.in. w leczeniu różnych trudno gojących się ran skórnych, np. przy cukrzycy, po przeszczepach i leczeniu onkologicznym czy tych, z którymi mierzy się medycyna pola walki.
Wyniki badań naukowców z Gdańska i Łodzi zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Advanced Functional Materials”.
MK, źródło: PG