TRUDNO GOJĄCE SIĘ RANY
URAZY:
• oparzenia (termiczne i nie tylko), odmrożenia
CHOROBY:
• Obwodowego układu krwionośnego
• Infekcyjne
• Immunologiczne
• Zaburzenia metaboliczne
• Inne
W POLSCE PONAD 500 TYS. OSÓB ROCZNIE
TRUDNO GOJĄCE SIĘ RANY
„STOPA CUKRZYCOWA”:
Zagrożenie amputacją (połowa chorych)
W Polsce blisko 40 amputacji DZIENNIE!
TRUDNO GOJĄCE SIĘ RANY
• OPARZENIA:
• Lekki obrzęk
• Zaczerwienienie skóry
• Bolesne pieczenie
• Pęcherze wypełnione
płynem surowiczym
• Zaczerwienienie i
obrzęk
• Silny ból
• Martwica skóry
• Bardzo silne bóle
• Wymagają leczenia
operacyjnego
TRUDNO GOJĄCE SIĘ RANY
LECZENIE:
• Złożone. Drogie. Nie zawsze skuteczne.
• Opatrunki
• Przeszczepy skóry
Tylko skóra pacjenta gwarantuje brak odrzucenia.
CZYM JEST SKÓRA?
• JEDEN Z NAJWAŻNIEJSZYCH NARZĄDÓW
• POWIERZCHNIA SKÓRY TO OK. 1,5-2 m2
• MASA SKÓRY WRAZ Z TKANKĄ PODSKÓRNĄ TO OK. 18-20 kg
• GRUBOŚĆ SKÓRY WAHA SIĘ OD 0,5-4 mm
FUNKCJE SKÓRY
BIERNA - OCHRONNA I BARIEROWA
• ochrona przed ciepłem, zimnem
• ochrona przed uciskiem, uderzeniem, tarciem
• ochrona przed działaniem substancji chemicznych
• ochrona przed wnikaniem drobnoustrojów i pasożytów
AKTYWNA - WYDZIELNICZA, WYDALNICZA, REGULACYJNA, CZUCIOWA
• regulacja cieplna i krążenia
• czynność wydzielnicza i regulacja równowagi wodno-elektrolitowej
• narząd czucia
• synteza hormonów
• wchłanianie lipidów, witamin
• magazynowanie tłuszczów
• wytwarzanie melaniny i ochrona przed promieniowaniem UV
KERATYNOCYTY FIBROBLASTY
TO KOMÓRKI BUDUJĄCE
NASKÓREK (90%)
BIORĄ UDZIAŁ W ROGOWACENIU
NASKÓRKA
ODPOWIEDZIALNE ZA SYNTEZĘ
KERATYNY I LIPIDÓW
TO KOMÓRKI SKÓRY WŁAŚCIWEJ
ODPOWIEDZIALNE ZA WYDZIELANIE
ELASTYNY I WŁÓKIEN
KOLAGENOWYCH
LICZBA FIBROBLASTÓW
ZMNIEJSZA SIĘ WRAZ Z WIEKIEM
KOMÓRKI BUDUJĄCE SKÓRĘ
HODOWLA KOMÓREK SKÓRY
• Skóra to złożony organ
• Hodowla komórek własnych pacjenta
• Arkusze komórek
• Inżynieria tkankowa - „cell sheet engineering”
HODOWLA KOMÓREK SKÓRY
CEL:
OPRACOWANIE PODŁOŻA, UMOŻLIWIAJĄCEGO
SZYBKI WZROST ARKUSZY SKÓRY- PERSPEKTYWA
TERAPEUTYCZNEGO ZASTOSOWANIA
HODOWLA KOMÓREK SKÓRY
Rozpłaszczanie na podłożu i rozmnażanie komórek to
proces złożony.
Nie ma kompletnego opisu zależności.
Ale:
• Na ogół, komórki rosną na podłożach hydrofobowych.
Hydrofilowych podłoży komórki nie lubią, nie przyklejają
się do nich.
Koncepcja:
• Opracować takie podłoże, którego powinowactwem do
wody (hydrofilowością) można łatwo sterować.
POLIMERY
polymeres (grec.)
„wiele” „części”
makrocząsteczka
mer
n
stopień polimeryzacji
Polimer- zbiór makrocząsteczek o bardzo dużej masie molowej, które
składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami
OTRZYMYWANIE POLIMERÓW
n M M M M M M M M [ M ] n
monomer
polikondensacja
polimeryzacja
poliaddycja
polimer
H. Staudinger - 1953 K. Ziegler, G. Natta - 1963
P. J. Flory - 1974 J. M. Lehn -1987 P-G de Gennes- 1991
1/3
H. Shirakawa, A. G. McDiarmid, H. J. Heeger - 2000 R. H Grubbs 2005
POLIMERY - LIDERZY
PRZYKŁADY POLIMERÓW
• POLIMERY SYNTETYCZNE
POLIETYLEN- PE POLISTYREN- PS
POLI(TEREFTALAN ETYLENU)- PET
POLI(TETRAFLUOROETYLEN)- PTFE
(TEFLON)POLI(CHLOREK WINYLU)- PVC
DLACZEGO POLIMERY?
• Relatywnie tanie
• Łatwo zrobić z nich materiał
• Właściwości można łatwo kontrolować
STOSOWANIE POLIMERÓW W MEDYCYNIE
DLACZEGO POLIMERY?
• BIOZGODNOŚĆ
• ŁATWE PRZETWÓRSTWO
• MOŻLIWOŚĆ MODYFIKACJI CHEMICZNEJ I FIZYCZNEJ
• DOSTĘPNOŚĆ GRUP FUNKCYJNYCH
WYMAGANIA STAWIANE POLIMEROM DO ZASTOSOWAŃ
BIOMEDYCZNYCH:
• ŁATWE DO UTRZYMANIA W CZYSTOŚCI
• ŁATWE DO WYJAŁOWIENIA I STERYLIZACJI
• ODPORNE NA DZIAŁANIE ŚRODKÓW MYJĄCYCH, ODKAŻAJĄCYCH
• ODPORNE NA DZIAŁANIE WYSOKIEJ TEMPERATURY I PROMIENIOWANIA X
• BIOZGODNE
HODOWLA KOMÓREK SKÓRY
Rozpłaszczanie na podłożu i rozmnażanie komórek to
proces złożony.
Nie ma kompletnego opisu zależności.
Ale:
• Na ogół, komórki rosną na podłożach hydrofobowych.
Hydrofilowych podłoży komórki nie lubią, nie przyklejają
się do nich.
Koncepcja:
• Opracować takie podłoże, którego powinowactwem do
wody (hydrofilowością) można łatwo sterować.
POWIERZCHNIE HYDROFILOWE I HYDROFOBOWE
HYDROFILOWY – „LUBIĄCY” WODĘ
HYDROFOBOWY – „ODPYCHAJĄCY” WODĘ
POLIMERY WRAŻLIWE NA BODŹCE
POLIMERY WRAŹLIWE NA BODŹCE (POLIMERY INTELIGENTNE,
„SMART”) - TO POLIMERY ROZPUSZCZALNE BĄDŹ USIECIOWANE,
WYKAZUJĄCE DUŻE I ODWRACALNE ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI
FIZYCZNYCH I CHEMICZNYCH W ODPOWIEDZI NA NIEWIELKIE
BODŹCE ZEWNĘTRZNE
POLIMERY TERMOWRAŻLIWE
LCST (LOWER CRITICAL SOLUTION TEMPERATURE) – DOLNA KRYTYCZNA
TEMPERATURA ROZPUSZCZALNOŚCI - TEMPERATURA, PONIŻEJ KTÓREJ POLIMERY
SĄ ROZPUSZCZALNE W WODZIE, A POWYŻEJ KTÓREJ POLIMER I ROZPUSZCZALNIK
TWORZĄ DWIE ODDZIELNE FAZY
DWIE FAZY
JEDNA FAZA
T [°C]
STĘŻENIE POLIMERU [%]
LCST
TCP
25oC38oC
POLIMERY TERMOWRAŻLIWE–
PRZYKŁADY
CH
C O
NH
CH
CH3 CH3
nCH2
T < 32oC T > 32oC
PNIPAM
O CH2 CH2n
OH CH2 CH
CH3
n HC CH2
N
nO
H2C CH
O CH3
n
PEO (LCST~100°C) PPO (LCST=20°C)
PVCL (LCST=35°C)
PVME (LCST=37°C)
SZCZOTKI POLIMEROWE NA POWIEZRCHNI POLIMER LINIOWY
HODOWLA ARKUSZY SKÓRY
Do odczepiania komórek od podłoży hodowlanych wykorzystywane są metody:
• mechaniczne - zeskrobywanie komórek z podłoża, powoduje uszkodzenie
znacznej części komórek,
enzymatyczne - proteazy degradują ECM i dezintegrują arkusz komórek
HODOWLA KOMÓREK SKÓRY NA PODŁOŻACH HODOWLANYCH - TCPS
TCPS-Tissue Culture Polystyrene Surface
TCPS
HODOWLA ARKUSZY SKÓRY
Wiele czynników decyduje o tym, czy komórki
ulegają adhezji (przyczepiają się do podłoża), ale
najczęściej komórki lubią podłoża hydrofobowe.
Hydrofilowych nie lubią.
powierzchnia hydrofobowapowierzchnia hydrofilowa
HODOWLA ARKUSZY SKÓRY
WYKORZYSTANIE PODŁOŻY Z TERMOCZUŁYM POLIMEREM NA POWIERZCHNI
powierzchnia hydrofobowa powierzchnia hydrofilowa
37oC 20oC
TERMOCZUŁE PODŁOŻA DO ODCZEPIANIA KOMÓREK
PROF. TERUO OKANO– koncepcja tzw. inżynierii warstw komórkowych (cell sheet engineering)
Warstwy komórkowe z wykorzystaniem naczyń UpCell
NASZE POLIMERY
(Ko)poli(2-podstawione-2-oksazoliny)
n
NCH3 CH2 CH2
C O
R
i
R:
CH3
CH3
lub
CH3 CH3
TCP zależne od R,
„krótsze” R - hydrofilowy
„dłuższe” R- hydrofobowy
pseudopeptyd
LEUCYNA- PEPTYD
C N
CH2
CH
CH3CH3
H H
C
O
CH3CH3
n
Tcp = 23°C
biokompatybilny
NASZE POLIMERY
Poli(metakrylan eteru monoetylowego glikolu trietylenowego)
CH3 CH2 C
CO
O
CH2CH2
O
CH2
CH3
CH3
Br
3
n
hydrofobowy
hydrofilowy
hydrofobowy
hydrofilowy
CH3 CH2 C
CO
O
CH2CH2
O
CH2
CH3
CH3
Br
3
n
8-9
O
NO2S
O
O-
N O
R
+N CH2 CH2
C O
CH3n-1N
OO
NO2S
O
O n CH3
R
+
R
(KO)POLI(2-PODSTAWIONE-2-OKSAZOLINY)
Kopolimer NOx 3-14%Mn = ok. 20 000 g/molTCP = 22 48 oC
Poli(2-izopropylo-2-oksazolina)Mn = 17 000 42 000 g/molTCP = 35oC
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
0
20
40
60
80
100
tra
nsm
ita
ncja
[%
]
temperatura [OC]
PENOx1
PENOx3
PENOx5
30 32 34 36 38 40 42 44
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
temperatura [OC]
tra
nsm
ita
ncja
[%
]
PIPOx3
PIPOx2
PIPOx1
CROP
0
20
40
60
80
100
120
% k
om
óre
k w
sto
su
nk
u d
o k
on
tro
li
0.001 mg/mL
0.01 mg/mL
0.1 mg/mL
1 mg/mL
10 mg/mL
4 h 8 h 24 h 48 h 72 h
czas hodowli
BIOZGODNOŚĆ WZGLĘDEM KOMÓREK SKÓRY
i
R:
CH3
CH3
lub
CH3 CH3
0
20
40
60
80
100
120
% k
om
óre
k w
sto
su
nk
u d
o
ko
ntr
oli
0,001 mg/mL
0,01 mg/mL
0,1 mg/mL
1 mg/mL
10 mg/mL
4 h 8 h 24 h 48 h 72 h
czas hodowli
BIOZGODNOŚĆ WZGLĘDEM KOMÓREK
SKÓRY
POLI(METAKRYLAN ETERU MONOETYLOWEGO
GLIKOLU TRIETYLENOWEGO )
CH3 CH2 O C
O
C
CH3
CH3
Br
+CH3
C CH2
CO
O
CH2
CH2
O
CH2
CH3
nMeOH/H2O, CuCl, Bpy
3
CH3
C
CO
O
CH2
CH2
O
CH2
CH3
BrCH2C
CH3
CH3
C
O
OCH2CH3
3
n
Mn = 23 000 189 000 g/mol
TCP = 23oC
ATRP
16 18 20 22 24 26 28
0
20
40
60
80
100
120 woda
pozywka
Tra
nsm
itancja
(%
)
Temperatura (oC)
www.dermostim.cmpw-pan.edu.pl
Pobranie komórek od pacjentaT > LCST
hydrofobowe podłoże hydrofilowe podłoże
T < LCST
Leczenie oparzeń i przewlekłych ran
IDEA NASZYCH TERMOCZUŁYCH PODŁOŻY
TERMOWRAŻLIWE POWIERZCHNIE- JAK TO DZIAŁA?
TERMOCZUŁE POWIERZCHNIE POLIOKSAZOLIN
(Ko)poli(2-podstawione-2-oksazoliny)
O
NO2S
O
O-
N O
R
+N CH2 CH2
C O
R
n-1CH3
TERMOCZUŁE POWIERZCHNIE POLIOKSAZOLIN
powierzchnia
hydrofilowa
T < TCP
powierzchnia
hydrofobowa
T > TCP
RMS=1.2 nm RMS=4.3 nm
MORFOLOGIA POWIERZCHNI
Poli(2-etylo-2-oksazolina-ko-2-nonylo-2-oxazolina)
(Mn = 15 000 g/mol, 14% NOx)
Poli(2-izopropylo-2-oksazolina)
(Mn = 42 000 g/mol)
Po stopieniu w 220°C (Tm) Po przemyciuPo reakcji – obecność fibryli
TERMOCZUŁE POWIERZCHNIE POLIOKSAZOLIN
0
20
40
60
80
100
120
% k
om
óre
k w
sto
su
nk
u d
o
ko
ntr
oli
0,001 mg/mL
0,01 mg/mL
0,1 mg/mL
1 mg/mL
10 mg/mL
4 h 8 h 24 h 48 h 72 h
czas hodowli
BIOZGODNOŚĆ WZGLĘDEM KOMÓREK
SKÓRY
POLI(METAKRYLAN ETERU MONOETYLOWEGO
GLIKOLU TRIETYLENOWEGO )
CH3 CH2 O C
O
C
CH3
CH3
Br
+CH3
C CH2
CO
O
CH2
CH2
O
CH2
CH3
nMeOH/H2O, CuCl, Bpy
3
CH3
C
CO
O
CH2
CH2
O
CH2
CH3
BrCH2C
CH3
CH3
C
O
OCH2CH3
3
n
Mn = 23 000 189 000 g/mol
TCP = 23oC
ATRP
16 18 20 22 24 26 28
0
20
40
60
80
100
120 woda
pozywka
Tra
nsm
itancja
(%
)
Temperatura (oC)
CH2 C
COO
CH2CH2
O
CH2
CH3
CH3
Br
3
ninicjator monomer
Br
C
O
C
CH3
CH3
Br
TERMOCZUŁE POWIERZCHNIE POLI(TEGMA)
3h
20oC
powierzchnia
hydrofilowa
T < TCP
powierzchnia
hydrofobowa
T > TCP
37oC
TERMOCZUŁE POWIERZCHNIE POLI(TEGMA)
HODOWLA I ODCZEPIANIE FIBROBLASTÓW- P(TEGMA-EE)
0
20
40
60
80
100
120
% k
om
óre
k
rozp
łas
zc
zo
nyc
h
2 h 4 h 8 h 12 h
P(TEGMA-EE)
TCPS
FIBROBLASTY 2h FIBROBLASTY 12h
CIĄGŁY ARKUSZ
20 minut w 20 oC
2 4 6 80
20
40
60
80
100
% k
om
óre
k w
sto
sunku d
o k
ontr
oli
czas hodowli [godz]
2 4 6 8 10 120
20
40
60
80
100
% k
om
óre
k w
sto
sun
ku
do k
ontr
oli
czas hodowli [godz]
POLI[(2-ETYLO-2-OKSAZOLINA)-CO-(2-NONYLO-2-OKSAZOLINA)] NOx 14%
POLI(2-IZOPROPYLO-2-OKSAZOLINA)
HODOWLA I ODCZEPIANIE FIBROBLASTÓW - POLIOKSAZOLINY
KOKULTURA FIBROBLASTÓW I KERATYNOCYTÓW P(TEGMA-EE)
FIBROBLASTY 4h FIBROBLASTY 12h
0%
40%
80%
120%
160%
4h 8h 24h 48h 72h% k
om
óre
k w
sto
su
nku
do
fi
bro
bla
stó
w
I. HODOWLA FIBROBLASTÓW
- 50000 komórek
- 12h
II. HODOWLA KERATYNOCYTÓW NA ARKUSZU FIBROBLASTÓW
-50000 komórek
- 72h
KERATYNOCYTY 4h KERATYNOCYTY 24h KERATYNOCYTY 48h KERATYNOCYTY 72h
ARKUSZ
HODOWLA I ODCZEPIANIE FIBROBLASTÓW- P(TEGMA-EE)
0
20
40
60
80
100
120
% k
om
óre
k
rozp
łas
zc
zo
nyc
h
2 h 4 h 8 h 12 h
P(TEGMA-EE)
TCPS
FIBROBLASTY 2h FIBROBLASTY 12h
CIĄGŁY ARKUSZ
20 minut w 20 oC
PRZENOSZENIE ARKUSZA FIBROBLASTÓW Z P(TEGMA-EE)
Arkusz fibroblastów wychodowany na
powierzchni P(TEGMA-EE)
Arkusz komórek po przeniesieniu z
wykorzystaniem Suprathelu jako narzędzia
Powierzchnia P(TEGMA-EE) po
przeniesieniu arkusza komórek
Arkusz komórek 24h po przeniesieniu –
94% przeżywalności komórek po przeniesieniu
SUPRATHEL
NH
O
CH3 CH2
ONH
NH
O
NH
CH3 CH3
O
NH
CH3CH3
O
NH2
CH3
CH3
O
NH
NH2
O
NH
CH3
O
O
OH
O
COOH
SYNTEZA CF-IKVAVK(METAKRYLAN)-NH2 ORAZ
Fmoc-RGDK(METAKRYLAN)-NH2
znacznik fluorescencyjny CF
grupa metakrylowa zdolna
do polimeryzacji
CF-IKVAV-K(metakrylan)-NH2
NHC
NH
O
NH2
NH
O
NHNHNH
NH2O
O
OH
O
NH
O
O
O
CH3CH2
grupa metakrylowa zdolna
do polimeryzacji
znacznik fluorescencyjny Fmoc
Fmoc-RGD-K(metakrylan)-NH2
Polimeryzacja TEGMA-EE z dodatkiem komonomeru IKVAV lub RGD.
MeOH/H2O
CuCl, Bpy, RT
OH
O
CH3
CH2
O
IKVAV/RGD
NH OO
O
3
OTRZYMYWANIE PODŁOŻY Si~P(TEGMA-EE)-IKVAV/RGD
LITERATURA
A. Kumar, A. Srivastava, I. Galaev, B. Mattiasson Prog. Polym. Sci. 32, 1205-1237 2009
A. Utrata-Wesołek, B. Trzebicka, A. Dworak Polimery 53, 717-724 2008
M. Egami, Y. Haraguchi , T. Shimizu , M. Yamato, T. Okano Arch. Pharm. Res. 37, 96-106 2013
A. Dworak, A. Utrata-Wesołek, N. Oleszko, W. Wałach, B. Trzebicka, J. Anioł, A.L. Sieroń, A. Klama-Baryła, M. Kawecki J. Mater Sci.-
Mater.Md. 25, 1149-1163 2014
A. Dworak, A. Utrata-Wesołek, D. Szweda, A. Kowalczuk, B. Trzebicka, J. Anioł, A.L. Sieroń, A. Klama-Baryła, M. Kawecki ACS App. Mater.
& Interf. 5, 2197-2207 2013
B. Trzebicka, A. Dworak et al. Polymer 54, 5166-5173 2013
B. Trzebicka, A. Dworak et al. Polymer 51, 2486-2493 2010
R. Trzcińska, A. Dworak, B. Trzebicka et al. Langmuir 30, 5015-5025 2014
Z. Tang, Y. Akiyama, T. Okano J. Polym. Sci. Part B: Polymer Physics 52, 917-926 2014
A. K. A. S Brun-Graeppi, C. Richard, M. Bessodes, D. Scherman, O.-W. Merten Prog. Polym. Sci. 35, 1311-1324 2010
D. Schmaljohann, J. Oswald, B. Jørgensen, M. Nitschke, D. Beyerlein, C. Werner Biomacromolecules 4, 1733-1739 2003
M. Nitschke, S. Gramm, T. Götze, M. Valtink, J. Drichel, B. Voit, K. Engelmann, C.J. Werner Biomed. Mat. Research A 80A , 1003-1010 2010
H.E. Canavan, X. Cheng, D.J. Graham, B.D. Ratner, D.G. Castner Langmuir 21, 1949-1955 2005
H. Takahashi, M. Nakayama, Yamato, T. Okano Biomacromolecules 11, 1991-1999 2010
Z. Tang, Y. Akiyama, T. Okano Polymers 4, 1478-1498 2012
J. Kobayashi, T. Okano Sci. Technol. Adv. Mater. 11 2010
http://nedo.gumed.edu.pl/wszpziu dr n. med. Bogusław Nedoszytko
http://www.drirenaeris.pl/badania
http://www.eurostemcell.org
Zgłoszenia patentowe:
Powierzchnie P(TEGMA-EE)
„Podłoże z powłoką termoczułą oraz jego zastosowanie”, zgłoszenie patentowe w UP RP nr P.396477 (2011),
Powierzchnie (ko)poli(2-postawionych-2-oksazolinach)
„Sposób wytwarzania podłoża z powłoką termoczułą, podłoża z powłoką termoczułą oraz jego zastosowanie”, zgłoszenie
patentowe w UP RP nr P396476 (2011),
„A method for making a substrate with a thermosensitive layer and its applications”,
Patent EP 2574664 A1 z dnia 3.4.2013
ZESPÓŁ CENTRUM MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH
I WĘGLOWYCH PAN, ZABRZE
dr hab. Barbara Trzebicka dr inż. Agnieszka Kowalczukdr Alicja Utrata-Wesołek
dr inż. Wojciech Wałach mgr Natalia Oleszko mgr inż. Dawid Szweda mgr inż. Róża Trzcińska
prof. Andrzej Dworak
Badania finansowane z projektów DERMOSTIM (UDA-POIG.01.03.01-00-088/08)
„Termosterowalne polimery biozgodne jako zamienniki skóry do leczenia oparzeń
i ran”, oraz POLYCELL (PBS1/B9/10/2012) „Nośniki polimerowe do termicznie
kontrolowanego wytwarzania i oddzielania arkuszy komórek skóry i nabłonka”.
CMPW PAN - OTRZYMYWANIE TERMOCZUŁYCH PODŁOŻY
CLO, SUM - HODOWLA KOMÓREK SKÓRY
MIĘDZYRESORTOWY INSTYTUT TECHNIKI RADIACYJNEJ
POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ
Top Related