Bioaktywne materiały przetwarzalne technologią druku 3D do sterowanej regeneracji uszkodzeń nerwów obwodowych

Przedmiotem wynalazku są bioaktywne materiały na bazie nowej pochodnej chitozanu przetwarzalne technologią druku 3D do zastosowań w regeneracji uszkodzeń tkanki nerwowej. Współcześnie, nowoczesne technologie medyczne bazują na dynamicznie rozwijającym się segmencie inżynierii tkankowej. Nowa pochodna otrzymywana jest zgodnie z zasadami Zielonej Chemii i wpisuje się w obecny trend gospodarki obiegu zamkniętego. Innowacyjne materiały cechują się odpowiednią hydrofilowością, porowatością i wytrzymałością mechaniczną dla tkanki nerwowej. Jednocześnie wykazują brak cytotoksyczności, biozgodność, a także brak pirogenności. Dodatkowo, posiadają zdolność kontrolowanego uwalniania substancji aktywnych np. czynników wzrostu, a także w wyniku dotowania nanocząstkami absorbującymi promieniowanie z zakresu Vis możliwa jest stymulacja odpowiedzi komórkowych zarówno komórek macierzystych, jak i nerwowych promieniowaniem widzialnym, dzięki czemu możliwa jest sterowana regeneracja nerwów obwodowych.

Obecnie na rynku brak jest personalizowanych wyrobów medycznych służących do regeneracji tkanki nerwowej, jak i kanałów łączących w sobie wszystkie cechy proponowanego Wynalazku, co świadczy o innowacyjności rozwiązania. Nie są dostępne biomateriały na bazie chitozanu, ani biomateriały o zdolności do kontrolowanego uwalniania substancji aktywnej.
Odbudowa nerwów obwodowych jest kluczowym problemem w przypadku wszelkiego rodzaju urazów, jest potrzebna również w chirurgii rekonstrukcyjnej i plastycznej, wymaga wykorzystania znacznej ilości tkanek. Złotym standardem w odbudowie uszkodzonych nerwów i naczyń jest autoplastyka z wykorzystaniem materiału dawcy z nieuszkodzonych obszarów ciała. Pomimo pozytywnych stron takiego zabiegu, korzystanie z automateriału jest ograniczone ilościowo i stanowi dodatkowe obciążenie dla organizmu pacjenta.
Od ponad 40 lat alternatywą do stosowania autologicznych implantów są ksenomateriały i syntetyczne implanty (ang. graft) pochodzenia organicznego. Biorąc pod uwagę możliwość występowania alergii i przenoszenia czynników zakaźnych, stosowanie ksenomateriałów jest dość ograniczone.
Wykorzystywanie materiałów syntetycznych wykazało dość wysoką skuteczność przy odbudowie ubytków nerwów obwodowych.
Co roku w Europie przeprowadza się około 100 000 operacji odbudowy znacznych uszkodzeń nerwów obwodowych. Przy tym, biorąc pod uwagę rodzaj urazu, wielkość uszkodzenia oraz indywidualne cechy budowy i wielkość neuroprzekaźników, istnieje konieczność indywidualizacji podejścia do stosowania kanałów nerwowych (ang. nerve conduits). Dziś większość środków do odbudowy włókien nerwowych stanowią obojętne kanały nerwowe, które pełnią mechaniczną rolę w połączeniu uszkodzonego nerwu i są przewodnikiem dla nowych włókien. Brak dodatkowych bodźców dla regeneracji komórek nerwowych prowadzi do powikłań, takich jak: niepełne przywrócenia przewodnictwa nerwowego i odpowiednio – funkcji pęczka nerwowego. Zastosowanie technik inżynierii tkankowej, w szczególności tworzenie struktur zawierających oprócz przewodnika multipotencjalne komórki macierzyste i czynniki wzrostu, są w stanie znacznie przyspieszyć procesy regeneracji włókna nerwowego i przywrócić funkcję narządu. Główną barierę w rozwoju inżynierii tkankowej stanowi brak biomateriałów, które posiadały by właściwości termoplastyczne ora przewodzące lub półprzewodzące utrzymując jednocześnie biozgodność i biodegradowalność. Materiały przewodzące takie jak polianilina, polipirol, czy nanorurki węglowe wykazują cytotoksyczność.
Z tego względu stosowanie innowacyjnych bioimplantów na bazie biopolimerów z wykorzystywaniem technik inżynierii tkankowej pozwoli stworzyć skuteczne implanty do leczenia uszkodzeń nerwów obwodowych.
Leczenie urazów obwodowego układu nerwowego polega na odtworzeniu ciągłości nerwu i jego funkcji. Możliwości leczenia chirurgicznego to: naprawa nerwu, przeszczep nerwu, przeniesienie (transfer), przeszczep unerwionego mięśnia. Do najnowszych osiągnięć neurochirurgii należy stworzenie kanału dla wrastających zakończeń nerwowych z wykorzystaniem materiału biologicznego (auto lub allogenicznego)takich jak żyły, czy ścięgna. Dodatkowo stosuje się kanały otrzymywane z polimerów syntetycznych.
Najczęściej urazom ulegają nerwy w obrębie twarzy i jamy ustnej. Uszkodzenie nerwu ruchowego prowadzi do paraliżu mięśni. Nerwy mogą zostać uszkodzone przez czynniki zewnętrzne i jatrogenne. Zdolność do regeneracji zależy od dwóch czynników: rodzaju urazu oraz od odległości od ciała komórki nerwowej. Im silniejszy uraz i im bliżej komórki nerwowej, tym gorsze rokowanie. Wyróżnia się 3podstawowe postaci uszkodzeń nerwów tj. neuropraksję (blokowanie przewodnictwa nerwu), aksonotmeza (uszkodzenie aksonu) ineurotmeza (przerwanie nerwu). W przypadku neurotmezy nie jest możliwa autoregeneracja nerwu, dlatego też ten przypadek stanowi największe wyzwanie dla medycyny regeneracyjnej.

- wprowadzenie nowego produktu/usługi

biomateriały, druk 3D, inżynieria tkankowa, regeneracja tkanki nerwowej

Komercjalni producenci filamentów do drukarek 3D poza materiałami syntetycznymi, takimi jak kopolimer ABS, posiadają w swojej ofercie wyroby z PLA. Pomimo tego, iż jest to biozgodny polimer ulegający biodegradacji posiada wiele wad. Należą do nich kruchość, sztywność, nieprzepuszczalność tlenu, czy problemy z modyfikacją chemiczną. Obecnie na rynku polskim, jak i zagranicznym nie istnieją filamenty, które by spełniały wszystkie wymagania medycyny regeneracyjnej. Wyzwaniem technologicznym projektu jest stworzenie konstrukcji i technologii inżynierii tkankowej (bioimplantów) w celu skutecznego leczenia urazów nerwów obwodowych. Na rynku międzynarodowym dostępne są kanały do regeneracji nerwów obwodowych wykonane z kolagenu typu I np. NeuraGen®, NeuroFlex™, NeuroMatrix™, NeuraWrap™ oraz NeuroMend™ , jednak cechują się one niską wytrzymałością mechaniczną oraz niepełną precyzją kształtu oraz porowatości.
Alternatywę stanowią kanały wykonane z polimerów syntetycznych takich jak PVA, PCL, czy PLA. Kanały nerwoweNeurotube® (PGA), Neurolac™ (kopolimer poli (ε-kaprolaktonu) i poli(laktydu) cechują się wyższą wytrzymałością mechaniczną, niż te nabazie kolagenu, jednak cechują się niższą biokompatybilnością. Kanały z PVA SaluBridge; SaluTunnel są nieresorbowalne, a wię cgenerują konieczność usunięcia operacyjnego po zakończeniu procesu regeneracji. Obecnie na rynku międzynarodowym nie ma kanałównerwowych, które mogłyby być wytwarzane technologią 3D przy jednoczesnym zachowaniu biozgodności i biodegradowalności, czy bioaktywności.
Światowy rynek biomateriałów jest jednym z najszybciej rozwijających się rynków. Zgodnie z prognozą od 2016 do 2021 roku przewidywany jest wzrost rynku z 70,9 mld USD do 150 mld USD (dane Markets and Markets). Firma ta ocenia również, że rynek materiałów do regeneracji tkanki nerwowej wzrośnie z poziomu 5,79 mld USD w 2017 do 10,59 mld USD w 2022 roku. Globalny rynek implantów naczyniowych jest szacowany na 2,15 mld USD, a prognozowany wzrost jest oczekiwany na poziomie 5,0%, co pozwoli zwiększyć rynek do 3,29 mld USD w 2024 roku (dane firmy Transparency Market Research). Liderami pod względem konsumpcji produktów z tego segmentu są USA, obejmując ponad 50% rynku. Europa obejmuje od 25 do 40% rynku w zależności od rodzaju
produktu. Na rynku międzynarodowym nie istnieją kanały nerwowe na bazie chitozanu. Co więcej, nieistnieją kanały nerwowe posiadające zdolność do kontrolowanego uwalniania substancji czynnej, ani kanały o dodatnim ładunku powierzchniowym. W celu zindywidualizowanego podejścia do leczenia uszkodzeń obwodowego układu nerwowego zostanie opracowana technologia tworzenia zindywidualizowanych matryc na podstawie zeskanowanych obrazów pacjenta z wykorzystaniem technologii druku 3D.
Wdrożenie tej technologii pozwoli na poszerzenie możliwości neurochirurgii, a także na zastosowanie technologii rekonstrukcji u większej liczby pacjentów.

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

- prototyp

- 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
- usługi