Katru dienu tūkstošiem cilvēku visā pasaulē saskaras ar izaicinājumiem, kas saistīti ar zobu un žokļu veselību. Neatkarīgi no tā, vai tā ir zobu izkrišana, traumas vai dabiskās novecošanas process, daudzi cilvēki meklē risinājumus, lai atgūtu savu smaidu un dzīves kvalitāti. Rīgas Tehniskās universitātes zinātnieki sadarbībā ar Rīgas Stradiņa universitātes Stomatoloģijas institūtu kopā ir izstrādājuši risinājumu, kas varētu uzlabot žokļa un mutes dobuma ārstēšanas procesu.
Pētnieku darbs
Izstrādātais risinājums, kas var palīdzēt atjaunot audus un ārstēt iekaisumu, ir jauns materiāls, kas radīts sadarbojoties pētniekiem no Rīgas Tehniskās universitātes un Rīgas Stradiņa universitātes Latvijas Zinātnes padomes administrētā fundamentālo un lietišķo pētījumu programmas projekta “Antibakteriālu autologu fibrīna matricu izstrāde mutes, sejas un žokļu ķirurģijai” ietvaros. Vairāk par projekta ieguvumiem stāsta RTU Biomateriālu un bioinženierijas institūta vadošā pētniece Arita Dubņika un Rīgas Stradiņa universitātes Mutes, sejas un žukļu ķirurģijas katedras docente Ilze Šalma.
Varētu šķist, ka mūsdienās jau visu var saražot no plastmasas vai ar 3D printeri, tomēr mūsu zinātnieku komanda ir radījusi tādu materiālu, kas balstīts uz cilvēka asinīs esošajām vielām. Pētnieces atklāj, ka šis materiāls nav kaitīgs cilvēkam: "Materiāla galvenā funkcija ir palīdzēt šūnām atjaunoties un veidot jaunus audus. Piemēram, ja cilvēkam veic zoba aizvietošanu ar implantu, šis materiāls var palīdzēt implantam vieglāk iekļauties mutes dobumā. Pacientiem ar žokļa traumām, materiāls var veicināt kaula reģenerāciju."
Rodas jautājums – vai tad tiešām līdz šim nekas tāds nav atklāts?
Funkcionāli šāda audu “līme” jau eksistē, tomēr līdz šim pacientiem varēja rasties iekaisumi. Savukārt, jaunajam materiālam piemīt antibakteriālas īpašības, kas novērš iekaisuma rašanās iespējamību, un uzlabo ārstēšanas procesu.
Kā pētnieki to panāca?
Pētnieki izmantoja asinis, lai atdalītu īpašu vielu, ko sauc par fibrīnu. Tieši fibrīnam piemīt šī dabīgās līmes īpašība. Fibrīns ir dabīgs proteīns, kas veidojas asins recēšanas procesā. Tas ir ideāls pamats šādam biomateriālam, jo tas ir biosaderīgs, kas nozīmē, ka organisms to pieņem, un tas arī veicina šūnu augšanu un atjaunošanos. Materiāla iegūšanai, fibrīnam pievienoja hitozānu, fukoidānu un antibakteriālos aģentus Hitozānu un fukoidānu izmantoja kā būvniecības materiāļus, lai nodrošinātu kontrolētu antibakteriālā aģenta izdalīšanos. Antibiotikām – klindamicīna fosfātam piemīt antibakteriālas īpašības, kas palīdz novērst un ārstēt infekcijas.
Vienkāršojot - Fibrīns ir kā mazais būvnieks mūsu ķermenī. Ievainojuma vietā, fibrīns brūci noslēdz un veicina audu atjaunošanos.
Hitozāns, fukoidāns un klindamicīna fofāts ir kā kareivji, kas aizsargā mūsu ķermeni
Apvienojot šīs vielas tās spēj cīnīties ar baktērijām, tāpat kā mūsu ķermenis cīnās ar vīrusiem. Tas ir kā apvienot būvnieku ar kareivi, lai kopā atjaunotu mutes, sejas un žokļu audus un pasargātu no infekcijām. Tas nodrošina labāku kaulaudu reģenerāciju, samazina infekcijas risku un paātrina dzīšanas procesu.
Šī pētījuma pamatā bija jaunākās paaudzes biomateriāla izstrāde, kas spētu uzlabot kaulu reģenerācijas procesus. Tradicionālās ārstēšanas metodes ir ierobežotas savā efektivitātē, kad ir komplicēti kaulu defekti. Ārsti norādīja par šo problēmu pētniekiem, kas, savukārt, sāka strādāt pie inovatīvā risinājuma, lai varētu paātrināt dzīšanas procesus un uzlabot ārstēšanas kvalitāti pacientiem.
Jau pirms pētījuma izstrādes, Stomatoloģijas institūta ārsti norādīja uz biežākajām problēmām, kas saistītas ar žokļa kaulu reģenerāciju:
- Lēnu dzīšanas procesu;
- Infekciju risku.
Atbildot uz zobārstu pieprasījumu, galvenais pētījuma mērķis bija izstrādāt tādu materiālu, kas operāciju laikā būtu droši un viegli izmantojams, un ilgtermiņā - varētu uzlabot kaulu reģenerāciju un samazināt komplikāciju risku. Pētnieki cer, ka šis biomateriāls varētu kļūt par efektīvu un drošu risinājumu kaulu defektu ārstēšanai.
Kā nonāca līdz biomateriāla izveidei?
Pētījumu veica starpdisciplināra komanda, kurā bija iesaistīti dažādu nozaru speciālisti. Komanda apvienoja zināšanas no medicīnas, materiālzinātnes un bioinženierijas. Šāda sadarbība ļāva apvienot dažādas perspektīvas un pieejas, lai izstrādātu šo inovatīvo risinājumu.
Lai izveidotu jaunu materiālu, pētnieki sāka ar asins paraugiem. Pēc asins ņemšanas, viņi izmantoja īpašu procesu, ko sauc par centrifugēšanu (griešanās cilindrā, līdzīgi kā veļas mašīnā). Šis process sadalīja asinis dažādās komponentēs. Viena no šīm komponentēm bija fibrīns. Pēc tam pētnieki pievienoja fibrīnam noteiktas materiālu kombinācijas. Tad sākās pētījuma sarežģītākā daļa – atrast perfekto visu vielu proporciju un to testēt dažādās vidēs, temperatūrās, kas atdarinātu cilvēka organismu. Pētnieki izmantoja īpašas metodes, lai nodrošinātu, ka zāles tiek lēnām atbrīvotas no materiāla, nodrošinot to ilgstošu iedarbību.
Pēc tam pētnieki pārbaudīja, kā jaunizveidotais materiāls ietekmē šūnu augšanu un kā tas cīnās ar baktērijām. Rezultāti bija daudzsološi – tika atrasta īstā vielu proporcija, kas izpildītu izvirzītos mērķus!
Tieši šī laboratorijas testu daļa bija sarežģītākais pētnieku darbā. Viens no galvenajiem izaicinājumiem bija optimizēt materiāla sastāvu un struktūru, lai nodrošinātu optimālu šūnu augšanu un zāļu pakāpenisku izdalīšanos. Tas prasīja rūpīgu eksperimentēšanu un datu analīzi. Darbs ar fibrīnu jau aptuveni 20 gadus norit vairākos pasaules pētījumu centros. Latvijas pētnieki sadarbojas ar zinātniskajām grupām dažādās Eiropas vietās un pētījumā iesaistītie doktoranti devās uz Vāciju, lai mācītos no pasaulē labi atpazīstamiem pētniekiem. Šāda starptautiska sadarbība veicināja inovācijas izstrādi.
Nākotnes izaicinājumi
Lai gan pētnieki ir sasnieguši būtiskus rezultātus – jo praktiski ir izstrādāts ne vien materiāls, bet arī noteikt materiāla izstrādes metode, vēl ir vairāki izaicinājumi, ar kuriem viņi varētu saskarties nākotnē. Viens no galvenajiem izaicinājumiem ir nodrošināt pietiekamu finansējumu, lai turpinātu pētījumus un attīstīt šo tehnoloģiju. Bet pats lielākais izaicinājums tagad būs turpināt darbu, lai šo izveidoto materiālu iedzīvinātu ārstu ikdienā – tam nepieciešami vairāku gadu pētījumi un testi, lai izprastu materiālu ietekmi uz cilvēka audiem, vielas drošības pārbaudes un sertifikācija, kā arī iespējama izstrādātā materiāla masveida ražošana un ieviešana tirgū.
Tāpēc tagad farmācijas uzņēmumi var izmantot šī pētījuma rezultātus un ieviest tos kā komerciālus produktus.
Ieguvēji ne vien farmāciju uzņēmumi, bet arī sabiedrība
Ja jaunizveidoto materiālu sāks ražot kāds farmācijas uzņēmums un to kaulu reģenerācijas procedūrās sāks izmantot medicīnas iestādes, tas var ievērojami ietekmēt sabiedrību vairākos veidos:
- Uzlabota dzīves kvalitāte: Cilvēkiem, kas cieš no kaulu traumām vai deģeneratīvām kaulu slimībām, šī tehnoloģija var paātrināt dzīšanas procesu, mazināt sāpes un uzlabot dzīves kvalitāti ārstēšanas periodā pēc operācijām.
- Samazinātas veselības aprūpes izmaksas: Paātrinot dzīšanas procesu un samazinot nepieciešamību pēc papildu operācijām vai ilgstošas hospitalizācijas, šī tehnoloģija var palīdzēt samazināt veselības aprūpes izmaksas. Turklāt, ar materiālu ir viegli strādāt, tāpēc tas neietekmēs operācijas laiku.
- Medicīnas nozares attīstība: Šis pētījums veicina reģeneratīvās medicīnas un audu uzlabošanas nozares attīstību, paverot jaunas iespējas arī smagāku un sarežģītāku medicīnisku stāvokļu ārstēšanai.
Nākamie soļi sabiedrībai
Ir jāturpina strādāt, lai pilnībā realizētu šīs tehnoloģijas potenciālo labumu un ieguvumus.
- Ir nepieciešami rūpīgi klīniskie pētījumi, lai novērtētu biomateriāla drošumu un efektivitāti cilvēkiem.
- Ir svarīgi iegūt attiecīgo iestāžu apstiprinājumu, lai komerciāli izmantotu šo tehnoloģiju.
- Ir jāizveido efektīvi ražošanas procesi un izplatīšanas kanāli, lai nodrošinātu biomateriāla pieejamību pacientiem.
- Ir svarīgi nodrošināt tehnoloģijas pieejamību
- Jāturpina pētījumi, lai uzlabotu biomateriāla īpašības un paplašinātu tā pielietojumu.
Projekts “Antibakteriālu autologu fibrīna matricu izstrāde mutes, sejas un žokļu ķirurģijai” (lzp-2020/1-0054) tiek īstenots Fundamentālo un lietišķo pētījumu (FLPP) programmā. Finansē Latvijas Zinātnes padome.