Proteza w medycynie oznacza sztuczne uzupełnienie brakującej części ciała lub narządu. Dziedziną wiedzy zajmującą się zagadnieniami związanymi z wykonywaniem i stosowaniem protez jest protetyka. Jest to główny dział ortopedii, ale dotyczy również dziedzin takich jak stomatologia i biomechatronika (nauka dotycząca wykorzystywania urządzeń mechanicznych w organizmie człowieka w celu zastąpienia utraconych narządów). W dzisiejszych czasach protezy są powszechnie stosowane. Zastępują narządy obarczone wrodzoną niepełnosprawnością jak i te, których pełna sprawność została utracona np. w wyniku wypadków lub chorób. Mogą dotyczyć narządów wewnętrznych np. sztuczna zastawka serca lub zewnętrznych jak np. powszechnie stosowana sztuczna szczęka.
Bioproteza to z kolei implantowana proteza wykonana w całości lub częściowo z tkanek dawcy; sterowana przez odpowiednio wzmocnione prądy czynnościowe występujące w systemie nerwowym lub w mięśniach.
Nowe metody przygotowania zastawek biologicznych
Protezy zastawek są potrzebne pacjentom cierpiącym z powodu wrodzonych lub nabytych wad ich własnych zastawek. Obecnie stosuje się u nich protezy mechaniczne lub biologiczne, oba rodzaje mają jednak pewne ograniczenia. W przypadku zastawek mechanicznych jest nim konieczność stosowania u pacjenta długotrwałej terapii przeciwzakrzepowej. Z kolei protezy biologiczne, oparte zarówno o ludzki materiał pobierany ze zwłok, jak i zwierzęcy materiał tkankowy, obarczone są ryzykiem wapnienia lub reakcji zapalnych. Liczne badania i obserwacje kliniczne wykazują, że ich trwałość wynosi średnio około 15 lat. Po tym czasie u wielu pacjentów trzeba wymienić zastawkę.
Ostatnie lata badań nad stworzeniem niezawodnej protezy biologicznej zastawki serca należą do inżynierii tkankowej. Naukowcy są zgodni, że odtworzenie żywotności zastawki zapewni jej funkcjonalność na dłuższy czas. W ramach projektu „Nowe metody przygotowania zastawek biologicznych” realizowanego w Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu, opracowywany jest prototyp zastawki autologicznej, tj. biologicznej zastawki serca otrzymanej metodą inżynierii tkankowej, w której bezkomórkowe lub biodegradowalne rusztowanie protezy pokrywane będzie komórkami własnymi pacjenta (izolowanych ze szpiku kostnego). Taka zastawka wolna byłaby od komplikacji występujących przy stosowaniu współczesnych protez zastawek (częste wapnienie, reakcje zapalne, większa podatność pacjentów na infekcje, konieczność stosowania leków przeciwzakrzepowych, niska trwałość itp.), ponieważ byłaby przyswajana jak własny organ. Dzięki temu, że będzie materiałem biologicznym, w przypadku wszczepienia dziecku ma rosnąć razem z pacjentem.
Projekt zakłada wykorzystanie tkanek ludzkich jako budulca zastawki. Jednak ograniczenia związane z dostępnością materiału ludzkiego skłaniają ku równoczesnym pracom nad opracowaniem metody tworzenia bioprotez zastawkowych w oparciu o materiał odzwierzęcy (ksenogenny), poddany konserwacji chemicznej związkami nietoksycznymi dla komórek. Pozwoli to na stworzenie nowoczesnych bioprotez zastawek serca, które dzięki możliwości alternatywnego wykorzystania tkanek odzwierzęcych będą mogły znaleźć powszechne zastosowanie.
Realizując projekt wykonano szereg testów z myślą o ocenie właściwości biologicznych zastawek. Badania histologiczne pozwoliły ocenić w jakim stopniu modyfikacja tkanek, związana między innymi z enzymatyczną metodą usuwania komórek, może wpływać na ich strukturę. Badania biomechaniczne i hemodynamiczne służyły ustaleniu, czy i w jakim stopniu po modyfikacji tkanka spełnia swoją funkcję mechaniczną. Istotną rolę spełniły też badania, których celem było określenie warunków hodowli komórek po ich izolacji oraz parametrów pozwalających na różnicowanie komórek wyizolowanych ze szpiku, a także określenie m.in. ich cech funkcjonalnych. Opracowano system bioreaktora, pozwalający na hodowlę komórek w warunkach dynamicznych z zadanym przepływem, a także szereg nowych metod konserwacji chemicznej tkanek, z zastosowaniem związków chemicznych (m.in. z grupy tzw. flawonoidów), które nie wykazują cytotoksyczności. Obiecujące wyniki badań będą podstawą do sformułowania wniosku do komisji bioetycznej o możliwość przeprowadzenia testów na zwierzętach. Wszystkie opracowania powstałe w ramach projektu są przedmiotem zgłoszeń patentowych.
Zwierzęta transgeniczne
Stała dysproporcja pomiędzy liczbą dawców, a potencjalnych biorców jest istotnym ograniczeniem wpływającym na wykorzystanie tkanek ludzkich jako materiału do tworzenia zastawkowych protez serca. Z tego względu alternatywą wydają się tkanki odzwierzęce. W tym przypadku likwidacja w takich tkankach komórek metodami enzymatycznymi i chemicznymi powoduje wprawdzie usunięcie większości z nich, ale niesie również ryzyko, że niektóre komórki lub ich reszty pozostaną, stanowiąc źródło antygenów. Dlatego w protezach zastawek dąży się do stosowania tkanki odzwierzęcej pozbawionej reaktywnych antygenów, bo w mniejszym stopniu stymulowałaby ona reakcję immunologiczną organizmu ludzkiego, co przekładałoby się na zwiększenie trwałości stosowanych bioprotez. W tym wymiarze szczególne znaczenie i uzasadnienie zyskuje hodowla zwierząt transgenicznych na potrzeby inżynierii tkankowej. Ponieważ problem degradacji i utraty funkcji bioprotez zastawkowych jest szczególnie nasilony u dzieci i młodych pacjentów wydaje się, że ta grupa chorych mogłaby odnieść największe korzyści z proponowanych rozwiązań.
Proprio Foot: bioproteza sterowana myślą
Proprio Foot to dzieło inżynierów z islandzkiej firmy Ossur, która swą siedzibę główną ma w Reykjavíku. Jest to bioniczna proteza stopy sterowana umysłem, a ściślej mówiąc falami mózgowymi.
Wygląd zewnętrzny nowej protezy bardziej przypomina jakąś część robota. Nie wygląd jest tu jednak najważniejszy, lecz funkcjonalność, a więc działanie tak jak prawdziwa stopa. Jest w stanie utrzymać równowagę, a także umożliwia zginanie kończyny. Najciekawsze jest jednak to, że proteza wszystkie czynności wykonuje w podobny sposób jak prawdziwa, czyli poprzez impulsy nerwowe.
Używanie tego urządzenia wymaga uprzednio wykonania zabiegu chirurgicznego, polegającego na wszczepieniu w czaszkę niewielkiego implantu wyposażonego w elektrody zapewniające łączność z protezą. Naukowcy dowodzą, iż tego typu zabieg trwa zaledwie 15 minut! Po jego wykonaniu pacjent może już w pełni kontrolować kończynę.
Alicja Mazur
Studentka Biotechnologii inż.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz