Innowacyjny materiał z polskich laboratoriów w drodze do sztucznej nerki

Sieci metaloorganiczne do wiązania toksyn

 

Obecnie chorym z poważną niewydolnością nerek można pomóc jedynie poprzez przeszczep nerek albo dializy. – Urządzenia do dializ bazują w procesie oczyszczania toksyn na membranach celulozowych lub zmodyfikowanych polimerach. Celem naszych badań było opracowanie metod modyfikacji i charakterystyka materiałów opartych o sieci metaloorganiczne, które można zastosować w opracowaniu – wszczepianej pacjentowi – sztucznej nerki. Inspiracją były dla nas prowadzone w Stanach Zjednoczonych prace nad takim właśnie niewielkim urządzeniem, które może uwolnić chorych od uciążliwych dializ w dzisiejszej formie – mówi prof. Przemysław Jodłowski z Politechniki Krakowskiej, koordynator prac zespołu badaczy PK, Uniwersytetu Medycznego w Lublinie, Akademii Górniczo-Hutniczej, Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ, Instytutu Mechaniki Górotworu PAN oraz Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN.

 

Polski zespół jako skuteczny pochłaniacz toksyn mocznicowych zaproponował autorsko zmodyfikowany materiał, oparty o sieci metaloorganiczne. – Zaproponowaliśmy modyfikację materiału o nazwie UiO-66, tak zmieniając jego strukturę, aby miała zwiększoną liczbę defektów strukturalnych oraz posiadała w szkielecie odpowiednie grupy funkcyjne, które chętnie wiązałyby toksyny mocznicowe. Optymalizacja tych dwóch parametrów okazała się strzałem w dziesiątkę – podkreśla prof. Jodłowski. 

 

 

Bezpiecznie dla nerek i krwi

 

Innowacyjny  materiał powstał w laboratoriach Wydziału Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej. Wyniki badań nad nim, opublikowane w amerykańskim czasopiśmie naukowym „Applied Materials & Interfaces”, są częścią pracy doktorskiej mgr inż. Klaudii Dymek (realizowanej w Szkole Doktorskiej  PK pod kierunkiem prof. Jodłowskiego). Na PK powstała też charakterystyka materiału pod względem kinetyki adsorpcji toksyn mocznicowych. Badania in vitro i in vivo były prowadzone na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie, kluczowe była w nich m.in. odpowiedź na pytanie czy takie materiały będą bezpieczne dla pacjentów. – Badania cytotoksyczności oraz hemotoksyczności wykazały, że opracowane materiały są bezpieczne m.in. dla komórek nerek czy krwi – zdradza dr n.med. Anna Boguszewska-Czubara, kierująca badaniami na lubelskiej uczelni. W pozostałych ośrodkach naukowych prowadzona była charakterystyka otrzymanych materiałów. Naukowcy wykorzystali tu szereg metod, począwszy od technik dyfraktometrycznych, spektroskopii oscylacyjnych i elektronowych, spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego, mikroskopii elektronowej, technik sorpcyjnych czy symulacji molekularnych. Badania in vivo obejmowały testy na całej gamie komórek, m.in. nerek oraz badania nad hemotoksycznością otrzymanych materiałów.

 

Jak zapowiadają jego twórcy, rozwiązanie może być krokiem do opracowania sztucznej nerki polskiej produkcji. – W dalszych pracach chcemy skupić się na ustrukturyzowaniu opracowanych materiałów, a następnie opracowaniu urządzenia. Będziemy musieli zaangażować w te badania specjalistów z innych dziedzin, m.in mechaniki płynów – zapowiada prof. Przemysław Jodłowski z PK. 

 

 

Interdyscyplinarna współpraca

 

W zespole badawczym nad nowym rozwiązaniem pracowali: mgr inż. Klaudia Dymek, dr inż. Grzegorz Kurowski, dr hab. inż. Przemysław J. Jodłowski, prof. PK  (Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej), dr inż. Łukasz Kuterasiński  (Instytut Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN), dr inż. Roman Jędrzejczyk (Małopolskie Centrum Biotechnologii UJ), dr hab. inż. Magdalena Szumera, prof. AGH, prof. dr hab. inż. Maciej Sitarz (Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH), dr inż. Anna Pajdak (Instytut  Mechaniki Górotworu PAN), dr n. med. Anna Boguszewska-Czubara, prof. UML, mgr Łukasz Kurach (Uniwersytet Medyczny w Lublinie). 

 

Co ciekawe, naukowcy w obecnych pracach wykorzystali doświadczenia z wcześniejszych eksperymentów nad stosowaniem chlorochiny w leczeniu i zapobieganiu ciężkiemu przebiegowi zakażenia koronawirusem (w opublikowanych w styczniu br. badaniach Polacy zaproponowali nieznany dotąd sposób podawania chlorochiny stosując jako nośnik leku właśnie sieci metaloorganiczne). Układy, które okazały się skuteczne w transporcie chlorochiny, tym razem miały działać odwrotnie – usuwać toksyny mocznicowe. A to – jak oceniają naukowcy – było o wiele bardziej skomplikowanym wyzwaniem badawczym ze względu na zróżnicowaną budowę chemiczną toksyn i ich preferencyjne wiązanie się z białkami zawartymi w moczu. 

 

Pełny artykuł „In Search of Effective UiO-66 Metal–Organic Frameworks for Artificial Kidney Application” jest dostępny na platformie „ACS Applied Materials & Interfaces”