PRACOWNIA BIOINŻYNIERII

Nowe metody przygotowania zastawek biologicznych

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” 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.).

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.

Realizacja projektu zaowocowała nawiązaniem współpracy z Uniwersytetem w Lipsku (prof. A. Bader), z ośrodkiem akademickim w Gdańsku (dr n. med. Piotr Siondalski) oraz z Centrum Techniki Okrętowej w Gdańsku (dr Leszek Wilszyński).

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.

Terapie komórkowe z wykorzystaniem komórek macierzystych

Celem projektu jest opracowanie metod izolacji i różnicowania komórek macierzystych, które można by wykorzystać w regeneracji uszkodzonego mięśnia sercowego; w zabiegach poprawiających funkcje skurczowe serca. Projekt realizowany jest w konsorcjum ze Śląskim Centrum Chorób Serca w Zabrzu oraz z Instytutem Onkologii w Gliwicach. Sercowe komórki macierzyste zlokalizowane są w mięśniu sercowym. Prawdopodobnie, w przeciwieństwie do innych komórek macierzystych, niosą one mniejsze ryzyko nowotworowe lub ryzyko różnicowania się w inny, niepożądany rodzaj komórek. Jest więc większa szansa, że będą tworzyły komórki mięśnia sercowego, nowe naczynia, a nie np. komórki nerkowe.

Górnośląska Spółka Gazownictwa sp. z o.o. strategicznym sponsorem projektu nowej generacji bioprotez zastawek serca

W 2010 r. do grona sponsorów naszej Fundacji dołączyła Górnośląska Spółka Gazownictwa sp. z o.o. w Zabrzu. Władze Spółki zdecydowały się na wsparcie prac badawczych nad nową generacją bioprotez zastawek serca. Zastawka stosowana ma być w leczeniu wrodzonych i nabytych chorób serca u dzieci i dorosłych. Dzięki przekazanym na ten cel środkom zaplecze badawcze Fundacji wzbogaciło się o dwa unikatowe urządzenia usprawniające realizowane prace badawcze. W 2011 r. w Pracowni Bioinżynierii naszej Fundacji zostało skonstruowane pierwsze w Polsce urządzenie do automatycznego modyfikowania protez zastawek serca. Urządzenie umożliwiło kontrolowane nanoszenie polielektrolitów ułatwiających proces nasiewania komórek na protezy zastawek serca. Jego zastosowanie otworzyło kolejny etap badań in vitro nad opracowaniem bioprotez serca nowej generacji.

Natomiast w 2012 r. powstało urządzenie, które w znacznym stopniu ułatwia i automatyzuje proces nasiewania i hodowli komórek na bioprotezach zastawek serca. W prezentacji urządzeń wzięli udział przedstawiciele Sponsora oraz władze Fundacji.

Wirtualne serce

Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi, Uniwersytet Opolski oraz The Farm 51 Group SA realizują wspólny, innowacyjny projekt pod nazwą "Wirtualne Serce", oparty o najnowsze technologie wykorzystujące poszerzoną (AR) i wirtualną (VR) rzeczywistość.

10 października (wtorek), o godz. 11.00, odbyła się w Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii inauguracja tego projektu wraz z prezentacją stosowanych w nim innowacyjnych technologii oraz poświęcona temu przedsięwzięciu konferencja prasowa.

Projekt "Wirtualne serce" zakłada stworzenie interaktywnego modelu serca w jego prawidłowej anatomii i uwzględniającego cechy patologiczne, który ułatwi studentom medycyny i młodym lekarzom proces edukacji, ukazując ten skomplikowany ludzki narząd w trójwymiarze. Dzięki specjalnym okularom i specjalnej aplikacji na urządzenia mobilne możliwa była podróż w świat panoramicznych wizuali - w głąb ludzkiego organizmu i odzwierciedlenie serca w całej jego okazałości bez użycia modelu fizycznego.
"Wirtualne serce" to szeroko zakrojony projekt, dzięki któremu można będzie jeszcze lepiej kształcić przyszłe pokolenia polskich lekarzy nie tylko z zakresu anatomii, patofizjologii, lecz także z przedmiotów klinicznych. Z jednej strony służyć więc będzie celom edukacyjnym, a z drugiej - może być skutecznie wykorzystywany przy planowaniu operacji. Początkowo planowane jest utworzenie platformy e-learningowej. Następnie projekt będzie rozwijany dalej; przy zastosowaniu skanowania trójwymiarowego i tworzenia animacji technologią przechwytywania ruchu, zdążać będzie do opracowania całej anatomii człowieka.

W inauguracji projektu "Wirtualne serce" udział wzięli:
- dr Jan Sarna - Dyrektor Generalny Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu
- dr hab. n. med. Piotr Wilczek, profesor IPS - kierownik Pracowni Bioinżynierii Instytutu Protez Serca Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii
- dr hab. n. med. Zenon Piotr Halaba, Uniwersytet Opolski
- Wojciech Pazdur - Wiceprezes Zarządu The Farm 51 Group SA w Gliwicach

Publikacje

Wilczek P., Szydłowska I., Łotysz D., Religa Z. The use of flow cytometry for the investigation of viability of heart valve-derived fibroblast. 1996.
Folia Histochemica et Cytobiologica.vol.34, suppl.1: 41-42.
Wilczek P., Szydłowska I., Łotysz D., Religa Z. White blood cells and platelet activation during extracorporeal circulation. 1997.
The Immunologist.vol. 24 suppl.1: 301.
Sakiel S., Falkus J., Sajdak Z., Religa Z., Wszołek J., Nożyński J., Wilczek P., Pawlus-Łachecka L. 1998. Ocena alloprzeszczepów skóry ludzkiej konserwowanych w glicerolu, zamrażanych w niskich temperaturach i wyjaławianych radiacyjnie.
Roczniki Oparzeń. vol. 9: 29-34.
Sakiel S., Falkus J., Sajdak Z., Wszołek J., Nożyński J., Wilczek P., Pawlus-Łachecka L. 1998. Zastosowanie zawiesiny keratynocytów w podłożu fibrynowo- kolagenowym pokrytym alloprzeszczepem skóry konserwowanej w głębokich mrożeniach.
Roczniki Oparzeń. vol. 10: 19-22.
Nożyński J., Wilczek P., Zambala-Nożyńska E., Wszołek J., 2000. Fast method for the estimation of heart valve viability.
Medical Science Monitor. vol.7(3): 461-463.

czytaj więcej…

6. Wilczek P., Nożyński J., Rozentryt P., Zembala M., 2002. Pooperacyjna plazmafereza u pacjentów immunizowanych po OHT. Kardiologia Polska. Tom 57, Suplement II:200
7. Wilczek P., Szydłowska I., Łotysz D., Religia Z. Analysis of cell viability after cryopreservation proces using flow cytometry. 3 rd European Conference on Engenering and
    Medicine. 30 kwietnia- 3 maj 1995 Florencja. streszcz. str. 366
8. Wilczek P., Szydłowska I., Łotysz D., Religa Z. Nowe zastosowania techniki cytofotometrii przepływowej i hodowli tkankowych. XXX Konferencja Polskiego Towarzystwa
    Histochemików i Cytochemików. 7-9 września1995 Wrocław. streszcz. str. 118
9. Wilczek P., Szydłowska I., Łotysz D., Religa Z. White blood cells and platelet activation during extracorporeal circulation. Fourth International Symposium on Clinical
    Immunology. 22-25 czerwca 1997 Amsterdam. streszcz. str. 301
10. Religa Z., Wszołek J., Wilczek P., Nożyński J., Pawlus-Łachecka L., Sakiel S., Falkus J., Sajdak Z., Ocena alloprzeszczepów skóry ludzkiej, konserwowanych w glicerolu,
     zamrażanych w niskich temperaturach i wyjaławianych radiacujnie. Kongres Oparzenia. 4-6 czerwca 1998 Poznań.
11. Kania A., Wilczek P., Moskal K., Beck E., Termiczna Analiza Różnicowa w Badaniach Tkanek Kolagenowych. IX Konferencja – Biomateriały w Medycynie i Weterynarii.
     26-27 października 1998 Zakopane. Streszcz. str. 11.
12. Wilczek P., Kania A., Moskal K., Beck E., Termiczna Analiza Różnicowa (DTA) jako metoda badania biologicznych zastawek serca. II Ogólnopolskie Sympozjum
      Problemy Fizyki Medycznej. 15-18 listopada 1998 Ustroń. streszcz. str. 18
13. Wilczek P., Nożyński J., Zakliczyński M., Szafron B., Religa Z., Zembala M., Przydatność metody LGA w monitorowaniu procesu odrzucania u pacjentów po OHT.
    IV Kongres Polskiego Towarzystwa Transplantacyjnego. 20-22 maj 1999 Poznań. streszcz. str. 176
14. Wilczek P., Nożyński J., Zakliczyński M., Szafron B., Religa Z., Zembala M., Cytometria Przepływowa jako Technika Wspomagająca Leczenie Cytolityczne Pacjentów po
     Przeszczepie Serca.
    IV Kongres Polskiego Towarzystwa Transplantacyjnego. 20-22 maj 1999 Poznań. streszcz. str. 175
15. Wilczek P., Nożyński J., Rozentryt P., Zembala M., Pooperacyjna plazmafereza u pacjentów immunizowanych po OHT.
    VI Międzynarodowy Kongres Polskiego Towarzystwa Kardiologicznego. 19-21września 2002 Poznań. streszcz. str. 200.
16. Wilczek P., Zembala M., Religia Z. Zmiany wybranych receptorów kom orek immunokompetentnych u pacjentów operowanych z powodu choroby niedokrwiennej serca
     w krążeniu pozaustrojowym oraz bez krążenia pozaustrojowego. Gdańskie Spotkania Kardiochirurgiczne. 17-18 stycznia 2003.
17. Paszenda Z., Duda B., Wilczek P., 2003. Badania hemozgodności warstw pasywno węglowych stosowanych do uszlachetniania powierzchni stentów wieńcowych.
    Inżynieria Biomateriałów. VI (26) : 3-11.
18. Nożyński J.K., Zembala-Nożyńska E., Wilczek P., Wszołek J., 2003. Integrative measurments of calcification in stended, Antibiotic sterilized d cryopreserved sheep
      biological valves implanted for one year in tricuspid position.
    Annals of Transplantation. Vol.8 (3): 45-54
19. Nożyński J.K., Zembala-Nożyńska E., Wilczek P., Wszołek J., 2003. Mathematical analysis of calcification in stended, antibiotic sterilized and cryopreserved sheep
     biological valve implanted for one year in tricuspid position.
    Annals of Transplantation. Vol.8 (3): 55-69
20. Nożyński J.K., Grzybek H., Zembala-Nożyńska E., Wilczek P., Wszołek J., Haponiuk I., 2003.
     Cellular viability and ultrastructure of stented, antibiotic sterilized and cryopreserved sheep biological valve implanted for one year in tricuspid position.Vol.8 (3): 70-78.
21. Piotr Wilczek, Michał Zakliczyński, Piotr Rozentryt, Jerzy Nożyński, Dariusz Puszczewicz, Zbigniew Religa, Marian Zembala. 2004. Zastosowanie plazmaferezy
     u pacjentów po ortotopowym przeszczepieniu serca (OHT) z immunizacją stwierdzaną w okresie okołooperacyjnym.
      Kardiochirurgia i Torakochirurgia Polska – przyjęta do druku.
22. Piotr Wilczek, Tomasz Rusin, Anna Barańska:Technika inżynierii tkankowej jako obiecujące narzędzie wykorzystywane do tworzenia nowego rodzaju zastawkowych
      protez serca.
    Silesiana Bio-Tech-Med. Zabrze 2004
23. Wilczek P., Zembala M., Religa Z. 2004 Effects of coronary artery bypass grafting on the number of selected immunocompetent cells with or without cardiopulmonary
     bypass ( CPB): the promissing diagnostic tool.
   Kongres ISMICS Londyn
24. Piotr Wilczek, Roman Przybylski, Marian Zembala. „Metody inżynierii tkankowej jako potencjalne narzędzie wykorzystywane w leczeniu chorób układu krążenia”.
      Kardiochirurgia i Torakochirurgia Polska 2006, Vol. 3 (1), str. 73-79.
25. P. Wilczek, A. Barańska, M. Kowalczuk, H. Fruehwirth-Smounig, J. Nożynski, M. Zembala “Porous polymers foams prepared in supercritical CO2 – an attractive tool for
     the preparation of growth factors delivery systems”, Journal of Artificial Organs. 2006; 29(5): 518.
26. Barańska, B. Irzyk, J. Nożyński, P. Wilczek, R. Wojnicz, "Decellularized porcine valve scaffolds modified with carbodiimide for heart valve tissue engineering”,
     XXIV European Society for Artificial Organs Congress, Krems, Austria, 200,7Artificial Organs 2007; 30 (8): 728.
27. P. Wilczek, A. Barańska, M. Zembala, “The impact of heart valve bioprosthesis preparations procedure on the glycosaminoglycans structure – gateway to improve the
     durability of the prosthesis”, Artificial Organs. 2007; 30(8): 713.
28. K. Zomerska, A. Karewicz, P. Wilczek, K. Szczubiałka, M. Nowakowska, “Controlled Release of Heparin from the Porous Polymeric Materials for Medical Applications”,
     3rd Young European Scientists Workshop, Kraków, 8-13 July 2007.www.e-polymers.org.
29. M. Scandola, C. Gualandi, M.L. Focarete, P. Dobrzynski, M. Kawalec, P. Wilczek, “Bioresorbable electrospun non-woven scaffolds. International Conference (Bio)
     Degradable Polymers from Renovable Resources. Viena, November 18-21, 2007, str. 71.
30. Barańska, B. Irzyk, J, Nożyński, O.Wilczek, R.Wojnicz, „Zastosowanie karbodiimidu oraz hydroksysukcynimidu w procesie tworzenia matryc zastawkowych serca”,
     VIII Międzynarodowy Kongres Polskiego Towarzystwa Transplantacyjnego, 11-13 Maj 2007, Warszawa, str. 160.
31. M. Zembala, P. Wilczek , P. Kwiatkowski, A. Ashton, "Myocardial regenerations -the revolutions continues”, Kardiochirurgia i Torakochirurgia Polska, 2007, 4 (3):
     s. 239–245
32. P. Wilczek „Degradacja glikozoaminoglikanów w trakcie przygotowywania protez zastawek serca z użyciem technik inżynierii tkankowej - czy należy jej zapobiegać?”
     Postępy Technologii Biomedycznych (Advances in Biomedical Technology), pod. red. Z. Nawrata, M-Studio Zabrze, 2007, str. 205-217.
33. Adam Sokal, Piotr Wilczek, Wiktor Kuliczkowski, Radosław Kosiak, Marek Radomski „Wpływ inhibitorów metaloproteinaz macierzy zewnątrzkomórkowej na
     Powstawanie agregatów płytkowo leukocytarnych”. XII sympozjum sekcji kardiologii eksperymentalnej polskiego towarzystwa kardiologicznego, komisji
     krążenia i oddychania oraz komitetu nauk fizjologicznych komisji kardiologii komitetu patofizjologii klinicznej polskiej akademii nauk Serock 11-13 października 2007,
      streszczenia doniesień [28]. Śląskie Centrum Chorób Serca, Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii Zabrze.
34. Zembala M., Wilczek P., Cichoń T., Smolarczyk R., Przybylski R., Sokal A., Szala S., Zembala M.: “Human Cardiac Stem Cells Present in Severely Damaged, Ischemic
     Myocardium”. Kardiologia Polska. 2008; 66 :10 ( Suppl.3).
35. Barańska A., Kubin B., Wilczek P., Nożyński J., Helewski K., Wojnicz R.: “Structural and mechanical stability of decellularized porcine valve matrix crosslinked with
     carbodiimide”. The International Journal of Artificial Organs. 2008; 31 (7): 628.
36. Wilczek P., Małota Z., Barańska A., Kubin B., Nozyński J., Przybylski R., Zembala M.: “A comparision of biomechanical properties of synthetic and biological patch used
     In surgical left ventricle restoration – an influence on hemodynamical properties”. The International Journal of Artificial Organs. 2008; 31 (7): 638.
37. Wilczek P., Małota Z., Barańska A., Kubin B., Nozyński J., Przybylski R., Zembala M.: “A comparision of biomechanical and morphological differences of porcine native and acellular aortic
     and pulmonary valve – implications for the tissue engineered heart valve”. The International Journal of Artificial Organs. 2008; 31 (7): 639.
38. Wilczek G., Babczyńska A., Wilczek P., Doleżych B., Migula P., Młyńska H.: “Cellular stress reactions assessed by gender and species in spiders from areas variously
     polluted with heavy metals”. Ecotoxicology Environmental Safety. 2008 May;70(1):127-37
--------------------------------------------------------------
Rusin T., Karczewski J., Rusin A. 1999. Stems of herbaceous plants change their mechanical properties during growth under constant load.
IV Ogólnopolska Konferencja Biomechanika 99’ - Polanica Zdrój

Hejnowicz Z., Rusin A., Rusin T., 2000. Tensile tissue stress affects the orientation of cortical microtubules in the epidermis of sunflower hypocotyl. Journal of Plant Growth Regulation, 19: 31-44, Springer-Verlag, Heidelberg. Link

Rusin A., Rusin T.,. 2001. Light induced changes of cuticular pattern in sunflower seedlings Proceedings of Conference Cells III,
Ceske Budejovice, str. 101

Rusin T., Rusin A., 2002. Light changes coefficient of friction of sunflower hypocotyls. Acta of Bioengineering and Biomechanics,
Proceedings of the 13th Conference of European Society of Biomechanics. 4: S1, 660-661,

Rusin A., Rusin T., Kojs P., Włoch W. 2002. Zróżnicowanie wzrostu tkanek hipokotylu Zinnia elegans L. w odpowiedzi na egzogenną auksynę.
Biuletyn Ogrodów Botanicznych i Zbiorów 2002.

Rusin T. 2002. Wpływ naprężeń mechanicznych na wzrost hipokotyli słonecznika.
Praca doktorska. Uniwersytet Śląski

zamknij…

Linki do innych stron

http://www.zeiss.pl http://biomedtech.eu/