Hydrogél v medicíne, nové príležitosti

Vezmime si napríklad liečbu rán, sivého zákalu alebo rakoviny. Alebo zubná protetika je téma blízka mnohým. To, čo mala medicína v minulom storočí a dnes, je nebo a zem.

Jedným z veľmi perspektívnych materiálov so širokým potenciálom v biomedicíne je hydrogél. Čo to je, ako a v akých oblastiach medicíny sa dá použiť, hovorí MedAboutMe.

Čo je to hydrogél?

Vo všeobecnosti tento materiál nemožno nazvať novinkou posledných rokov. Hydrogély sa už dlho a úspešne používajú v rôznych sférach života.

Napríklad absorpčná vrstva jednorazových plienok a slipových vložiek je zložená z hydrogélových častíc. Gélové zložky sa nachádzajú v produktoch na úpravu vlasov, v zubných pastách. Mäkké kontaktné šošovky sú tiež hydrogélové. Používa tento materiál a priemysel – napríklad na spracovanie odpadu.

Štruktúru hydrogélu možno vo všeobecnosti opísať ako polymérnu mriežku alebo sieť schopnú zadržať molekuly vody vo svojich bunkách. V niektorých typoch hydrogélu môže byť voda až 99% objemu, v iných menej. Závisí to od vlastností látok, ktoré tvoria gél.

Moderné materiály sú vytvorené na plnenie špecifických úloh, s presnými parametrami, ktoré umožňujú predpovedať vlastnosti a „správanie“. To je dôležité najmä v medicíne, kde ľudské zdravie závisí od presnosti miesta a času expozície. A hydrogély robia skvelú prácu.

Pre medicínske použitie boli vytvorené a naďalej vyvíjané gély rôzneho zloženia a účelu. Môžu byť:

• biokompatibilný, to znamená, že ho telo nevníma ako niečo cudzie, čo spôsobuje odmietnutie;
• biologicky odbúrateľné alebo nie, čo môže byť tiež dôležité.

Polyméry, ktoré tvoria základ, môžu byť umelo syntetizované a získané z prírodných surovín – morských rias, lastúr kôrovcov, kolagénu atď.

Oblasti biomedicínskej aplikácie hydrogélov sú rozsiahle a rozmanité.

Hydrogélové obväzy

Prvé takéto obväzy sa objavili v polovici minulého storočia, v päťdesiatych rokoch. Nedávny vývoj však umožnil získať hydrogélové materiály s veľmi odlišnými vlastnosťami.

Dokážu čistiť rany, čo je dôležitou súčasťou úspešnej liečby povrchov rán rôzneho pôvodu – popáleniny, trofické vredy, preležaniny a pod. vyrovnať sa s úlohou čistenia gélových obväzov na vodnej báze.

Hydrogélové obväzy a náplasti vytvárajú ochrannú vrstvu, ktorá chráni ranu pred infekciou, a tiež dodávajú na povrch rany lieky, ktoré podporujú hojenie.

Kazašskí vedci v roku 2020 zverejnili výsledky svojej štúdie vlastností hydrogélov na báze chitosanu používaných na liečbu rán a iných kožných defektov. Podľa výskumníkov je tento materiál vysoko biokompatibilný, má antimikrobiálne vlastnosti a možnosť modifikácie s použitím iných polymérov, prírodných alebo syntetických, ukazuje veľký potenciál hydrogélu na báze chitosanu pri liečbe rán.

V roku 2016 skupina výskumníkov z Ulan-Ude informovala o účinnosti hydrogélových obväzov na báze polyguanidínov. Výsledkom experimentov boli získané údaje poukazujúce na zrýchlenie dozrievania granulačného tkaniva a tvorbu jazvy pri použití hydrogélu na báze polyhexametylénguanidínu, ktorý má vysokú antimikrobiálnu aktivitu.

Vedci z Kurčatovho inštitútu a Ruskej technologickej univerzity v roku 2020 informovali o vytvorení nového hydrogélu na báze syntetického biokompatibilného polyméru so začlenením nanočastíc oxidu titaničitého, vďaka čomu sa materiál stáva odolným voči baktériám a vykazuje antimikrobiálnu aktivitu voči zlatému stafylokoku.

A v Massachusetts Institute of Technology bola vyvinutá „inteligentná náplasť“, ktorá je navrhnutá tak, aby sa prilepila na pokožku – je veľmi lepkavá a elastická, neobmedzuje pohyb a neodlupuje sa. V náplasti sú zabudované rôzne senzory, zásobníky na lieky a kanály na ich podávanie. Lieky sa môžu uvoľňovať v reakcii na zvýšenie telesnej teploty, vydávajú svetelný signál, ak sú zásobníky prázdne. Podľa vývojárov sa takýto obväz môže použiť na liečbu popálenín, rán, dermatologických ochorení a lekár si ho bude môcť prispôsobiť podľa individuálnych charakteristík pacienta, „nabiť“ ho potrebnými liekmi. A v budúcnosti je možné použiť rovnakú technológiu na vytváranie implantátov.

Hydrogél v oftalmológii

Okrem kontaktných šošoviek sa hydrogél používa v oftalmológii a inými spôsobmi. Schopnosť hydrogélu zadržiavať roztoky umožňuje jeho použitie na lokálne predĺžené uvoľňovanie liečiv. V oftalmológii – pri antiglaukomových operáciách napr. Hydrogél obsahujúci liečivo slúži ako druh drenáže, ktorá dodáva liečivo do operačnej oblasti niekoľko týždňov.

Vedci tiež pracujú na vývoji hydrogélov, ktoré by sa dali využiť pri liečbe ochorení a defektov rohovky. Ako však vedci z Tomska uvádzajú vo svojom článku z roku 2019, ideálne možnosti ešte neboli vytvorené. Existujúce a v súčasnosti používané hydrogély nemajú všetky potrebné vlastnosti: buď nie sú dostatočne biokompatibilné a časom spôsobujú odmietnutie, alebo sa časom degradujú pôsobením tkanivových proteáz, alebo sa zakorenia pri zachovaní neúplnej priehľadnosti implantátu , atď Oční lekári však považujú samotný smer za sľubný a práca sa nezastavuje.

Zubní lekári tiež používajú hydrogél

V zubnom lekárstve je často potrebné vykonať štepenie kostí na odstránenie kostného defektu. Pri implantácii takáto potreba vzniká vo viac ako polovici prípadov. Existujú rôzne metódy augmentácie kostí a využitie vytvrditeľných hydrogélov, ako jednej z perspektívnych metód, sa teší stále väčšiemu záujmu odborníkov. Najmä tomu je venovaný článok kolektívu autorov z Moskovského centrálneho výskumného ústavu stomatológie a maxilofaciálnej chirurgie, publikovaný v roku 2017 v časopise Dentistry.

Čínski vedci z University of San Yat-Sen navrhli použitie hydrogélu založeného na matrici buničiny na obnovu samotnej buničiny. Použitie tohto materiálu urýchľuje diferenciáciu kmeňových buniek.

Univerzita v južnej Kalifornii vyvinula hydrogél, ktorý po nanesení na sklovinu zuba poškodeného kazom pomáha regenerovať poškodené tkanivo. Vedci pracovali na tejto technike už viac ako 20 rokov, kým sa nedosiahli výsledky, ktoré nám umožňujú hovoriť o praktickej aplikácii.

Liečba rakoviny

Nebezpečná choroba si niekedy vyžaduje náročnú liečbu. Na zníženie vedľajších účinkov chemoterapie sa ako nosič liečiv používajú hydrogély.

Konvenčná chemoterapia je často spojená s nepriaznivými účinkami na normálne, zdravé tkanivá a bunky. Na zníženie toxického účinku možno použiť lokálnu chemoterapiu, to znamená dodanie účinnej látky priamo do nádoru. Takúto príležitosť poskytujú hydrogély.

Hydrogél obsahujúci chemoterapeutikum sa rôznymi spôsobmi dopraví na miesto, kde je potrebný účinok, a postupne, po dlhú dobu, uvoľňuje účinnú látku.

Boli vyvinuté rôzne typy gélov – teplotne citlivé, svetlocitlivé, zamerané na rôzne druhy rakoviny. Môžu byť vo forme náplastí – ako napríklad pri liečbe rakoviny prsníka alebo melanómu a vo forme injekcií.

Texaská univerzita A&M vyvíja nový typ hydrogélu, s ktorým môžu lekári manipulovať po jeho doručení do tela pomocou infračerveného svetla, ktoré môže preniknúť hlboko do tkanív.

Možnosť biomedicínskej aplikácie hydrogélov nie je obmedzená na opísané oblasti. Tento materiál sa napríklad úspešne používa aj na nahradenie opotrebovanej chrupavky v kĺboch. A v kozmeteológii sa pomocou hydrogélových náplastí postarajú o jemnú pokožku okolo očí, ako je popísané v článku na našej webovej stránke.