Sposób wytwarzania żeli chitozanowych formujących się w temperaturze ciała ludzkiego, przeznaczonych na skafoldy iniekcyjne do hodowli komórek nerwowych

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania hydrożeli chitozanowych, formujących się w fizjologicznej temperaturze ciała ludzkiego, przeznaczonych jako materiał na skafoldy do regeneracji nerwów. W rozwiązaniu substancją umożliwiającą przejście fazowe zolu w żel jest urydyno-5′-monofosforan (UMP), który wykazuje działanie regeneracyjne na składowe układu nerwowego poprzez poprawę neuroprzekaźnictwa.
Sposób wytwarzania hydrożeli polega na sporządzeniu roztworu wodnego soli chitozanu z chitozanu o stopniu deacetylacji powyżej 80%, który łączy się poprzez mieszanie z wodnym roztworem UMP, schłodzonym do temp. 4-6ºC, a następnie wprowadza się nanomateriały węglowe (CNTs bądź GO) lub związki stymulujące hodowlę komórkową. Tak przygotowany układ odpowietrza się w czasie 2 h, utrzymując temp. 4-6ºC. W celu zżelowania próbki inkubowane są w temp. 37°C.
Opracowane biomateriały można wprowadzać iniekcyjnie do organizmu (jako zol) lub można prowadzić na nich hodowlę komórkową „in vitro”.

Przewiduje się zastosowanie opracowanego wynalazku jako nowej generacji biomateriału umożliwiającego regenerację uszkodzeń nerwów. Główną zaletą rozwiązania, przy bezpośrednim wprowadzania biomateriału drogą iniekcji do organizmu pacjenta, jest niewielki stopień inwazyjności metody, co doskonale wpisuje się
w nurt nowatorskich technik leczenia stosowanych w medycynie XXI wieku. Kompozyty sporządzone zgodnie z wynalazkiem spełniają wszystkie wymagania dotyczące rusztowań do zastosowania w medycynie regeneracyjnej (są nietoksyczne, biokompatybilne z żywymi tkankami, biodegradowalne oraz wykazują wysoki stopień porowatości – powyżej 90%, co zapewnia optymalne środowisko do namnażania komórek). Ponadto hydrożele nie wywołują reakcji alergicznych, kancerogenezy oraz są nieaktywne immunologicznie. Potencjalnym odbiorcą rozwiązania z zakresu inżynierii biomedycznej na terenie Polski jest firma Tricomed S.A. z Łodzi, a wśród światowych odbiorców - TheWell Bioscience Inc. ze Stanów Zjednoczonych.

- wprowadzenie nowego produktu/usługi

biomateriał, hydrożel, chitozan, urydyno-5′-monofosforan, regeneracja nerwów

W ciągu ostatnich lat obserwuje się dynamiczne tempo rozwoju koncepcji zastosowania rusztowań polimerowych, mających na celu wspomaganie przywrócenia prawidłowych funkcji neurologicznych po urazie rdzenia kręgowego.
Spodziewanym efektem zastosowania wynalazku jest otrzymanie nowej generacji biomateriału (skafoldu) przeznaczonego do hodowli komórek nerwowych bądź umożliwiającego regenerację uszkodzeń nerwów. Można go wykorzystywać w dwojaki sposób. W pierwszym wariancie jako podłoże (skafold) do hodowli.
W tym przypadku, pobrane z organizmu człowieka komórki namnaża się w zwykłej hodowli 2D. Następnie namnożone komórki wysiewa się na rusztowanie, które podtrzymuje kształtującą się strukturę 3D
i wprowadza się do organizmu pacjenta. Trójwymiarowe podłoże spełnia kluczową rolę w formowaniu, sprzyjającego, przypominającego naturalne, mikrośrodowiska, a mianowicie:
 umożliwia przyleganie oraz migrację komórek,
 dostarcza niezbędne czynniki wzrostu (związki organiczne, bodźce fizyczne),
 umożliwia dyfuzję składników odżywczych oraz innych wytwarzanych substancji,
 utrzymuje odpowiednie parametry mechaniczne i fizykochemiczne, sprzyjające integracji i dalszemu rozwojowi tkanki.
W drugim wariancie wykorzystuje się możliwość bezpośredniego wprowadzenia hydrożelu w miejsce uszkodzenia w organizmie pacjenta (np. w tylną część kręgosłupa przez pierścień włóknisty dysku)
za pomocą igły podczas małoinwazyjnego zabiegu chirurgicznego.
Opracowany biomateriał stanowiący przedmiot wynalazku poddawany jest optymalizacji pod kątem biokompatybilności i wykluczenia potencjalnych właściwości immunogennych. Sztuczne rusztowania, wszczepiane do organizmu pacjenta, rozpoznawane są jako ciało obce, wywołujące ostrą reakcję ze strony układu immunologicznego. Wyeliminowanie powyższego problemu wiąże się z zastosowaniem substancji biozgodnych o unikalnych właściwościach, takich jak biopolimery, np. chitozan, którego główną zaletą jest dobra integracja z materiałem komórkowym. Dodatkowo w przypadku regeneracji układu nerwowego, ważną cechą biomateriałów przeznaczonych na skafoldy oprócz biokompatybilności, obojętności immunologicznej, odpowiednich właściwości mechanicznych i topologii powierzchni, jest także przewodnictwo materiału. Z tego też względu istnieje możliwość wprowadzenia do struktury opracowanego hydrożelu nanomateriałów węglowych (np. nanorurki węglowe - CNTs), posiadających szereg unikatowych właściwości, w tym bardzo dobre przewodnictwo elektryczne, co stanowi jedno z nowatorskich rozwiązań w zakresie inżynierii tkankowej. Nie bez znaczenia jest również możliwość wzbogacenia biomateriału stanowiącego przedmiot wynalazku
o dodatkowe związku stymulujące hodowle komórkowe (tj. metylokobalamina, kwas foliowy czy kwas
α-liponowy).
Efektem wdrożenia powyższego rozwiązania będą zadawalające rezultaty leczenia pacjentów wymagających regeneracji uszkodzeń nerwów.
W trakcie zgłoszenia jest sposób wytwarzania hydrożeli z udziałem innych nukleotydów (cytydyno-5'-monofosforan). Zainteresowanie nukleotydami do otrzymywania żeli chitozanowych, wykazujących przejście fazowe w fizjologicznej temperaturze ciała ludzkiego, wynika z ich niekwestionowanej roli w procesie regeneracji układu nerwowego.

- Nauki biologiczne - Biotechnologia / farmaceutyka
- Nauki biologiczne - zdrowie, medycyna

- zakończone badania
- technologia gotowa do zastosowania

- Twórca jest zainteresowany nawiązaniem współpracy w celu dalszych badań nad wynalazkiem
- Twórca jest zainteresowany wdrożeniem wynalazku
- Twórca wyraża zgodę na udział w Spotkaniu Brokerskim
- Twórca jest zainteresowany zbyciem praw majątkowych do wynalazku

- instytut naukowo - badawczy, uniwersytet
- ośrodek transferu technologii
- przemysł

W ramach przeprowadzonych prac badawczych poświęconych termowrażliwym hydrożelom chitozanowym zawierającym urydyno-5′-monofosforan (UMP) wykonano badania strukturalne opracowanych biomateriałów, stosując technikę spektroskopii FTIR oraz metodę dyfraktometrii rentgenowskiej. Dodatkowo zastosowano technikę skaningowej kalorymetrii różnicowej DSC i wykonano mikroobrazy przy użyciu skaningowej mikroskopii elektronowej oraz mikroskopii polaryzacyjnej. W części testów biologicznych przeprowadzono wstępną ocenę przeżywalności komórek z zastosowaniem techniki mikroskopii fluorescencyjnej, przy użyciu testu live/dead.
Na podstawie analizy obrazów SEM stwierdzono, iż hydrożele zawierające UMP cechują się bardziej rozwiniętą strukturą przestrzenną i zwiększeniem porów (stopień porowatości powyżej 90%) niż w przypadku hydrożeli sporządzonych z zastosowaniem soli disodowej β-glicerofosforanu, co zapewnia optymalne warunki do namnażania komórek.
Opracowane rozwiązanie nagrodzone zostało Srebrnym Medalem i Nagrodą Specjalną Prezesa Global Exhibitions z Arabii Saudyjskiej podczas International Warsaw Invention Show – IWIS 2018 (Warszawa,
15-17 października 2018 r.) oraz Złotym Medalem podczas Seoul International Invention Fair 2018 - SIIF 2018 (Seul, 6-9 grudnia 2018 r.).