Mesterséges mátrixok és nanorészecskék előállítása; fizikai-kémiai, in vitro és in vivo jellemzése orvosbiológiai felhasználás céljából
PhD téma célkitűzései
Dr. Jedlovszky-Hajdú Angéla
A nanotechnológia segítségével előállított anyagok közé sorolhatjuk mind a biokompatibilis mesterséges mátrixokat, mind a nanorészecskéket.
A nanotartományban történő kutatások elterjedésével az egyes tudományterületek összeolvadása, illetve szükségszerű együttműködése felgyorsult. A természettudományi szakterületek és az orvostudomány szakembereinek közös munkája elkerülhetetlen a kutatások ezen szakaszában.
A nanorészecskék legfontosabb tulajdonsága, ami miatt egyre több kutató fordul e terület felé, hogy a méret csökkenésével nagymértékben megnő a szilárd részecskék fajlagos felülete. Ennek következtében anyagi tulajdonságaik drasztikus változáson mennek keresztül a megszokott, jól ismert makroszkopikus formájukhoz képest. A részecskék mérete a néhány nanométertől (10-9 m) néhány száz nanométerig (10-7 m) terjedő tartományban kontrollálható. A nanorészecskéknek mérgező hatása az élő rendszerekben intenzíven kutatott terület napjainkban is, ezért célszerű olyan részecskéket választani munkánkhoz, melyek már bizonyítottan biokompatibilisek. A nanorészecskék méretét változtatva hangolhatjuk például a sejt belsejében való felhalmozódásukat, hiszen ezek a részecskék képesek lehetnek átlépni a sejtmembránon, és így más és más szövetekben megjelenni. Egy másik fontos szempont alkalmazásuk során az egyedi részecskék megőrzése, melynek célja a nanorészecskéket tartalmazó szuszpenzió stabilitásának megőrzése, illetve fokozása. Ezt különböző burkoló molekulák segítségével érhetjük el.
Az orvosbiológiai és gyógyszerészeti célokra használhatunk más anyagokat is, például hosszú láncú polimer térhálók és géleket, biomátrixokat. A polimerek olyan óriásmolekulák, amelyek ismétlődő monomeregységekből épülnek fel. Manapság széles körben terjed azon vegyületek monomerként történő alkalmazása, amelyek az élő szervezetben megtalálhatóak (például aminosavak), így a tervezett felhasználás során a szervezet idegen test reakciója feltételezhetően csökkenthető, vagy teljesen megszűntethető.
Ahhoz, hogy oldhatatlan, a szervezetben funkciójának betöltésére alkalmas, térhálós polimer jöjjön létre, olyan molekulákra van szükség, amelyek a hosszú polimer láncokat keresztkötésekkel rögzítik háromdimenziós hálószerű struktúrában. A keletkező térháló olyan alaktartó vázszerkezettel rendelkezik, amely nagy mennyiségű folyadék felvételére és megtartására képes. Ez az élő szervezetet felépítő szövetek jelentős részéről is elmondható, mert nagy mennyiségű vizes oldat megkötésére képesek, emellett alaktartóak és külső behatásra deformálhatóak.
A szervezetben megtalálható ilyen struktúrára jó példa az extracelluláris mátrix (ECM), mely a sejtek egészséges növekedéséhez és működéséhez szükséges támasztórendszer. Az ECM olyan kollagén szálrendszerből felépülő szövedék, ami biztosítja a sejtek számára a rugalmas vázat, információátadó közegként is működik amellett, hogy a sejtek bomlástermékeinek elszállítását és a tápanyag odaszállítását is szabályozza. Ahhoz, hogy ezt a szerteágazó feladatkört el tudja látni, igen speciális felépítéssel kell rendelkeznie. Az extracelluláris mátrixhoz hasonló szálas struktúra mesterségesen is előállítható. Az általunk alkalmazott eljárás során polimer oldatból nagyfeszültségű elektromos tér segítségével hozunk létre szálas szerkezetet. Az elektromos szálhúzással (electro-spinning) előállított minták nano-és mikrométer átmérőjű szálak rendezetlen halmazából épülnek fel. Ezen szálas struktúrák kémiai összetétele széles keretek között változtathatók és a felhasználási terület igényeinek megfelelően módosíthatók pl.: a háló rugalmassága, biodegradábilitása, hatóanyag vagy nanorészecske tartalma.
A biokompatibilis mesterséges mátrixok és nanorészecskék előállítása és orvosi felhasználása olyan dinamikusan fejlődő terület, amely lehetőségeinek kiaknázásában csak az emberi képzelet és a természeti törvények szabnak határt.
A feladat olyan multifunkcionális biokompatibilis mesterséges polimer hálózat előállítása, amelyet szövetpótlásra (pl hasüregi háló és/vagy mesterséges sérvháló) lehet alkalmazni. A szálas rendszerekkel olyan, az extracelluláris mátrixhoz hasonló struktúra hozható létre, amely alkalmas lehet sejtek növesztésére és differenciáltatására. A szálas struktúrába nanorészecskék beépítésével olyan speciális rendszert hozhatunk létre, amely a részecskék és a szálak előnyös tulajdonságait ötvözve diagnosztikai alkalmazások lehetőségét teremti meg hosszabbtávú monitorozások esetén (pl mágneses részecskék esetén MRI vizsgálatok).