Jestem zafascynowany rozwojem medycyny i technologii. Badania nad sztuczną skórą.

Izabela Blimel, Nauka i Biznes/Medycyna i Zdrowie: Od kiedy zespół naukowców w Zakładzie Medycyny Regeneracyjnej i Immunoregulacji zajmuje się tematem sztucznej skóry?

Dr hab. Andrzej Eljaszewicz, adiunkt naukowy w Zakładzie Medycyny Regeneracyjnej i Immunoregulacji Uniwersytet Medyczny w Białymstoku: Wytwarzaniem opatrunków biologicznych, a raczej tzw. rusztowań biologicznych, zajmujemy się od około siedmiu lat, a prace prowadzimy pod kierownictwem prof. Marcina Moniuszki. Początkowo wydawało się, że metody wykorzystujące różnego rodzaju enzymy będą bardziej przydatne. Następnie zaczęliśmy wykorzystywać metody chemiczne. Po uzyskaniu czystych, tzn. pozbawionych komórek rusztowań, prowadziliśmy badania in vitro, które miały pokazać, w jaki sposób układ immunologiczny reaguje na wytworzony przez nas materiał. Warto podkreślić, że proces gojenia się rany przebiega z aktywnym udziałem układu immunologicznego. Sprawdziliśmy więc czy to nowe rozwiązanie będzie dobrze tolerowane przez układ immunologiczny i w jaki sposób może wpływać na jego aktywności.  Kiedy już byliśmy pewni, że mamy trzy opatrunki biologiczne wytwarzane różnymi metodami, rokujące przydatność w badaniach klinicznych, postanowiliśmy wykorzystać modele zwierzęce, aby sprawdzić, czy mają one potencjał terapeutyczny. W przypadku jednego opatrunku nasze oczekiwania potwierdziły się, w pozostałych dwóch przypadkach nie zaobserwowaliśmy zwiększonej kinetyki procesu gojenia się, natomiast widzimy, że są to opatrunki dobrze tolerowane. Pytanie, jakie będą rezultaty w przypadku zastosowania u ludzi? Mamy nadzieję, iż niebawem będziemy mogli sprawdzić je klinicznie. Okazuje się, że skórą pozbawiona komórek, w świetle polskiego prawa jest nadal tkanką, więc obowiązują nas reguły stosowane dla przeszczepów, co obliguje nas do przetwarzania wykorzystywanych przez nas skór w specjalnie przygotowanych w tym celu pomieszczeniach tzw. Banku Tkanek i Komórek. Już niebawem na Uniwersytecie Medycznym w Białymstoku powstanie taka wyspecjalizowana jednostka. 

I.B.: Na czym polegają badania dotyczące sztucznej skóry prowadzone w Zakładzie?    

A.E.: Nasze prace opierają się na badaniach przedklinicznych, w których zajmujemy się sposobami przetwarzania skóry ludzkiej pochodzącej od dawców żywych, aby wykorzystać je jako rusztowania biologiczne lub materiał do zaopatrywania ran. Materiał pobieramy od pacjentów po operacji bariatrycznej (zmniejszeniu żołądka podczas leczenia otyłości), u których po okresie znacznej utraty wagi usuwa się fałd skórny podczas zabiegu plastyki brzucha (abdominoplatyki). Współpracujemy tutaj z Profesorem Hadym Razakiem Hadym i innymi chirurgami z I Kliniki Chirurgii Ogólnej i Endokrynologicznej Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego w Białymstoku kierowanej przez Profesora Jacka Dadana. Próbujemy więc wykorzystać materiał, który w normalnych warunkach zostałby zutylizowany. To oznacza, że odzyskujemy fałd skórny i staramy się przetwarzać go w taki sposób, aby stworzyć z niego opatrunek biologiczny. Jedna z metod, którą zaadoptowaliśmy, sprzyja gojeniu się ran oraz przyspiesza w około 30 procentach proces ich zamykania (w badaniach przedklinicznych). Tak więc, nie tworzymy sztucznej skóry per se, tylko wykorzystujemy istniejącą macierz pozakomórkową do procesu wspomagania leczenia ran. Innym, niezwykle ciekawym przedsięwzięciem kierowanym przez profesora Cezarego Kowalewskiego z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego jest projekt BIOOPA finansowany w ramach programu Strategmed 2 Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Jego celem jest wykorzystanie matrycy allogenicznej ludzkiej skóry do produkcji opatrunku biologicznego wykorzystywanego do leczenia ran głębokich, oparzeń i owrzodzeń. W tym przypadku wykorzystywane są opatrunki biologiczne mające za zadanie wesprzeć proces leczenia m.in. w chorobach rzadkich, takich jak Epidermolysis Bullosa. Wyniki badań w tym zakresie są fenomenalne. Jest to bardzo ciekawy projekt, w którym nasz zespół uczestniczy jako konsorcjant. W tym projekcie wykorzystywane są również matryce biologiczne powstałe ze skóry ludzkiej wytwarzane od dawców żywych. Ten materiał wytwarzany jest jednak innymi metodami niż te, które testujemy w badaniach przedklinicznych.    

I.B.: Jakie są korzyści wynikające z zastosowania opatrunków biologicznych?

A.E.: Zastosowanie opatrunków biologicznych ze skóry ludzkiej pomaga w leczeniu ran ciężko gojących. Kompozycja kolagenowa, która naturalnie występuje w skórze tworzy swego rodzaju mapę drogową, którą wykorzystują komórki odbudowujące skórę. Możemy odkomórkowioną skórę położyć na ciężko gojącą się ranę i dzięki temu przyspieszyć gojenie i potencjalnie zmniejszyć bliznę.  W tym procesie z jednej strony powstaje pewnego rodzaju rusztowanie umożliwiające efektywniejszą odbudowę zniszczonych fragmentów tkanki, a z drugiej strony dochodzi do lepszego odżywienia rany. W efekcie proces gojenia przebiega wydajniej. 

I.B.: Jakie zastosowanie mają acelularne matryce?  

A.E.: Obecnie dostępne acelularne matryce wykorzystywane są w leczeniu oparzeń w medycynie estetycznej, przy rekonstrukcjach; natomiast większość dostępnych na rynku substytutów skóry jest pochodzenia zwierzęcego, a najczęściej przetwarzana jest świńska skóra. Wydaje się, że ludzka skóra ma większy potencjał, oczywiście jej dostępność jest ograniczona zarówno od osób zmarłych, jak i żywych. Obecnie oczekujemy na recenzję publikacji, w której opisujemy nowatorskie rozwiązanie zastosowania ludzkiej skóry od dawców żywych. Dotychczas w literaturze przedmiotu nie pojawiały się tego typu rozwiązania. We współczesnych czasach otyłość stała się chorobą cywilizacyjną, a więc operacje resekcji fałdu skórnego po procesie odchudzania są coraz częstsze. W naszej ocenia szkoda jest utylizować skórę, która po odpowiednim przygotowaniu może być wykorzystana jako opatrunek. Warto więc dać jej drugie życie.

I.B.: Jakie są pana refleksje, wnioski jako naukowca na podstawie dotychczasowych badań?

A.E.: Wydaje się, że wykorzystanie matryc biologicznych niesie za sobą przełom w medycynie regeneracyjnej. To, że na dziś nie jesteśmy w stanie stworzyć sztucznej skóry nie oznacza, że za kilka lat nie zrobimy tego. Poznajemy właściwości komórek macierzystych, biologię i funkcjonowanie tkanek, więc jeśli będziemy kontynuować badania to wprowadzimy nowe metody laboratoryjne, które pozwolą nam poznawać procesy biologiczne w znacznie szerszym stopniu. Jeżeli będziemy w stanie lepiej zrozumieć poszczególne populacje komórkowe i wzajemne oddziaływanie pomiędzy nimi, może w przyszłości będziemy w stanie stworzyć sztuczną skórę, czyli osadzić na rusztowaniu biologicznym poszczególne populacje komórkowe, aby odtworzyć w pełni funkcjonalną strukturę.  

I.B.: Czy w sztucznej skórze można wykształcić komórki odpowiedzialne za bodźce czuciowe?

A.E.: To zupełnie inna sytuacja, ponieważ w tym przypadku chodzi o sprzężenie z układem nerwowym. Na dzień dzisiejszy wydaje się to niemożliwe, ale kto wie co czeka nas w przyszłości. Największym problem, z którym dziś się spotykamy jest fakt, że komórki dość słabo penetrują do środka rusztowania. Dużo łatwiej jest usunąć komórki niż je ponownie osadzić. A więc nie dysponując narzędziami, które mogły by w sposób efektywny pomóc w budowaniu „sztucznej skóry”, sprawdzamy, w jaki sposób przebiegają procesy biologiczne po nałożeniu opatrunku biologicznego w badaniach przedklinicznych. Wydaje się, że po zastosowaniu bezpośrednio na ranę komórki mają zdolność penetracji i odtwarzania skomplikowanych struktur skórnych. Na bazie naszych badań poznamy lepiej w jaki sposób się to odbywa i może w przyszłości będziemy w stanie wykorzystać mapę, która generuje substytut skóry do tego, żeby odtworzyć skórę w labolatorium. Obserwując światowe trendy zauważmy, że coraz częściej wykorzystywane są skafoldy zarówno ludzkie, zwierzęce jak i roślinne. Jestem zafascynowany rozwojem medycyny i technologii. Przede wszystkim w tej części, która dotyczy mnie bezpośrednio poprzez zainteresowania naukowe. Przykłady? Liść zamieniony w serce, chip wszczepiony do mózgu umożliwiający sterowanie mechanicznym ramieniem siłą woli, nowe terapie biologiczne, narzędzia do wielkoskalowej analizy genów, białek, metabolitów, wielkie projekty technologiczne (XFEL, wielki zderzacz hadronów). To niesamowite, jak wielki postęp zrobiła ludzkość w ciągu ostatnich 100 lat, a wydaje się, że to dopiero początek. Obecne wyzwanie przed naukowcami na świecie? Potrafimy hodować komórki w warunkach in vitro, różnicować je, zmusić do tego, żeby jedne komórki przeróżnicowały się w drugie, natomiast nadal nie jesteśmy w stanie użyć tych wszystkich skomplikowanych elementów, aby zmusić komórki do stworzenia w pełni funkcjonalnego organu. Może kiedyś taką technologię opracujemy.

I.B.: Czy miał pan okazję zapoznać się z nowoczesnym systemem Spincare do leczenia ran metodą elektroprzędzenia?

A.E.: Czytałem na ten temat, ponieważ system Spincare to nowinka, która pojawiała się na rynku medycznym w bieżącym roku (2021r.). Rzeczywiście jest to bardzo interesujące. I choć nie miałem okazji dotrzeć do głębszych opracowań na ten temat, to jak już powiedziałem rozwój medycyny regeneracyjnej, opatrunków biologicznych jest absolutnie niesamowity. Technologia ta wykorzystuje biopolimery, które mogą wspierać proces gojenia się ran, jest to też pewnego rodzaju rusztowanie, które dostarcza elementów macierzy zewnątrzkomórkowej i ma za zadanie zaopatrzyć ranę i przyspieszyć proces gojenia. Można powiedzieć, że tworzy się pewnego rodzaju skafold. My robimy rzecz bardzo podobną, z tym, że wykorzystujemy materiał, który pochodzi od ludzi po to, aby także odżywić zniszczone tkanki. Mam nadzieję, że niebawem będziemy testować nasze rozwiązania klinicznie w leczeniu ran ciężko gojących się.

Dziękuję za rozmowę i życzę sukcesów.

Dr hab. Andrzej Eljaszewicz – biotechnolog i immunolog, pochodzący z ziemi kujawskiej, który od 2013 roku pracuje w Zakładzie Medycyny Regeneracyjnej i Immunoregulacji Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku. Do głównych jego zainteresowań naukowych należą procesy komórkowe i molekularne regulujące aktywność układu immunologicznego w rozwoju chorób cywilizacyjnych, włączając w to choroby nowotworowe oraz alergie i astmę. Ponadto interesuje się procesami regeneracji tkanek i narządów, których skomplikowane mechanizmy związane są również z aktywnością układu immunologicznego. Odbył dwa długoterminowe staże naukowe w Swiss Institute of Allergy and Asthma Research (SIAF) Uniwersytetu w Zurichu (Szwajcaria). Jest autorem i współautorem licznych prac naukowych opublikowanych w prestiżowych czasopismach o zasięgu międzynarodowym. Dr hab. Andrzej Eljaszewicz jest stypendystą Stypendium Rozwojowego EFS, Stypendium dla doktorantów ZPOR, Stypendium dla wybitnych młodych naukowców MNiSW oraz dwukrotnie CK-CARE Scientist Exchange Program. Jest też – wraz z zespołem – laureatem konkursu Technotalent 2018.