Czy powszechnie znany i tani materiał, jakim jest żelatyna, może stać się zaawansowanym biomateriałem dla nowoczesnej medycyny? Badania prowadzone przez naukowców z Politechniki Gdańskiej pokazują, że odpowiedź na to pytanie brzmi: tak. Dzięki zastosowaniu rozpuszczalników głęboko eutektycznych (DES) badacze opracowali nową klasę materiałów – eutektożele – które mogą znaleźć zastosowanie m.in. w systemach kontrolowanego uwalniania leków oraz w nowoczesnych opatrunkach przeznaczonych do leczenia trudno gojących się ran. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Advanced Functional Materials.
Z tego artykułu dowiesz się…
- W jaki sposób naukowcy z Politechniki Gdańskiej wykorzystali rozpuszczalniki głęboko eutektyczne (DES) do nadania żelatynie nowych właściwości biomedycznych.
- Czym są eutektożele i dlaczego mogą stać się nową klasą biomateriałów stosowanych w medycynie regeneracyjnej.
- Jak opracowane materiały umożliwiają kontrolowane uwalnianie leków oraz działanie przeciwbakteryjne wobec bakterii takich jak E. coli i MRSA.
- Dlaczego eutektożele mogą znaleźć zastosowanie w leczeniu trudno gojących się ran, np. u pacjentów z cukrzycą, po przeszczepach czy w medycynie pola walki.
Eutektożele – nowa generacja biomateriałów
Kluczowym elementem badań było wykorzystanie tzw. rozpuszczalników głęboko eutektycznych (DES) do modyfikacji klasycznych hydrożeli żelatynowych. Połączenie tych rozpuszczalników z polimerem prowadzi do powstania eutektożeli – materiałów, których właściwości można precyzyjnie kontrolować poprzez zmianę składu chemicznego oraz stężenia DES. Podejście takie pozwala wpływać między innymi na:
- strukturę sieci polimerowej,
- transport cząsteczek w obrębie materiału,
- właściwości biologiczne i antybakteryjne biomateriału.
Z punktu widzenia biomedycyny jest to szczególnie istotne, ponieważ umożliwia projektowanie materiałów dostosowanych do konkretnych zastosowań klinicznych.
Badania zostały przeprowadzone przez dr. Tomasza Swebockiego, prof. PG z Instytutu Nanotechnologii i Inżynierii Materiałowej, działającego w zespole prof. Jacka Ryla, we współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Łódzkiego oraz CEA Saclay we Francji.
Jak zmiana rozpuszczalnika zmienia właściwości materiału
Istotą opracowanej technologii jest zmiana środowiska chemicznego, w którym funkcjonuje żelatyna. Zamiast klasycznych rozpuszczalników zastosowano rozpuszczalniki głęboko eutektyczne, które pozwalają znacząco zmodyfikować właściwości materiału. Jak wyjaśnia dr Tomasz Swebocki:
W inżynierii materiałowej bardzo często zaczynamy od prostych pytań: co się stanie, jeśli zmienimy tylko jeden element układu? W naszym przypadku był to rozpuszczalnik. Okazało się, że połączenie dobrze znanej żelatyny z rozpuszczalnikami głęboko eutektycznymi pozwala „zaprojektować” zupełnie nowe właściwości materiału – od sposobu transportu cząsteczek po działanie przeciwbakteryjne i biozgodność. Takie podejście pokazuje, jak duże znaczenie w rozwoju nowoczesnych biomateriałów dla medycyny i bionanotechnologii mają dziś inżynieria materiałowa i nanotechnologia.
Zmiana rozpuszczalnika wpływa bowiem bezpośrednio na strukturę sieci polimerowej oraz na sposób dyfuzji cząsteczek w materiale. W praktyce oznacza to możliwość projektowania biomateriałów o określonych parametrach transportu leków.
Kontrolowane uwalnianie antybiotyków
Jednym z najważniejszych aspektów badań było sprawdzenie, w jaki sposób eutektożele mogą kontrolować transport antybiotyków. Okazało się, że różne typy DES prowadzą do powstania materiałów o zupełnie odmiennych właściwościach transportowych. Jak wyjaśnia dr Swebocki:
Jedne z nich działały jak swoista „gąbka molekularna”, zatrzymując lek w strukturze żelu. Inne tworzyły bardziej zwartą barierę, spowalniając jedynie jego przenikanie bez utraty w samym żelu.
Takie właściwości pozwalają precyzyjnie dostrajać tempo uwalniania substancji leczniczych, co jest kluczowe w wielu zastosowaniach medycznych – szczególnie w leczeniu ran przewlekłych.
Właściwości przeciwbakteryjne i biozgodność
Badania wykazały również, że opracowane eutektożele posiadają korzystne właściwości biologiczne.
Materiały:
- wykazują biokompatybilność,
- nie powodują reakcji zapalnych ani podrażnień,
- zachowują cytokompatybilność względem ludzkich keratynocytów.
Jednocześnie zaobserwowano działanie przeciwbakteryjne wobec Escherichia coli oraz MRSA, czyli gronkowca złocistego opornego na metycylinę. Połączenie tych cech czyni eutektożele obiecującymi kandydatami na materiały biomedyczne stosowane w nowoczesnych opatrunkach.
Potencjalne zastosowania w leczeniu trudno gojących się ran
Zespół badawczy wskazuje, że opracowane materiały mogą znaleźć zastosowanie m.in. w leczeniu ran przewlekłych oraz powikłań pooperacyjnych. Dotyczy to zwłaszcza sytuacji takich jak:
- rany cukrzycowe,
- rany po przeszczepach,
- uszkodzenia skóry po terapii onkologicznej,
- rany powstające w wyniku zakażeń,
- urazy leczone w medycynie pola walki.
W takich przypadkach szczególnie istotne jest połączenie kilku funkcji biomateriału: kontroli uwalniania leków, działania przeciwbakteryjnego oraz wysokiej biozgodności.
Publikacja w prestiżowym czasopiśmie
Wyniki badań zostały opisane w artykule naukowym „ReDESigning Hydrogels for Biomedicine: Tuning Transport Control and Biological Functionality in Biocompatible, Antibacterial Eutectogels„, opublikowanym w czasopiśmie Advanced Functional Materials, które należy do czołowych czasopism w dziedzinie materiałoznawstwa i biomateriałów (98 percentyl, IF≈19). Publikacja podkreśla znaczenie badań interdyscyplinarnych łączących:
- nanotechnologię,
- inżynierię materiałową,
- biomedycynę.
Wsparcie programów badawczych
Realizacja projektu była możliwa dzięki wsparciu kilku programów finansujących badania naukowe. Projekt został dofinansowany m.in. przez:
- program NOBELIUM w ramach inicjatywy IDUB Politechniki Gdańskiej,
- grant MINIATURA 9 Narodowego Centrum Nauki.
Program NOBELIUM wspiera rozwój projektów badawczych o wysokim potencjale naukowym i aplikacyjnym, natomiast grant MINIATURA umożliwia prowadzenie wstępnych badań eksploracyjnych.
Kolejne etapy badań
Choć uzyskane wyniki są bardzo obiecujące, technologia znajduje się obecnie na etapie badań laboratoryjnych. Kolejnym krokiem będzie:
- testowanie materiałów w bardziej złożonych modelach biologicznych,
- ocena ich zachowania w warunkach zbliżonych do rzeczywistego procesu gojenia ran,
- dalsza optymalizacja właściwości transportu leków.
Badania te pozwolą ocenić potencjał eutektożeli w rzeczywistych warunkach klinicznych oraz przygotować grunt pod przyszłe wdrożenia.
Główne wnioski
- Naukowcy z Politechniki Gdańskiej opracowali nową klasę biomateriałów – eutektożele oparte na żelatynie i rozpuszczalnikach głęboko eutektycznych (DES).
- Badania opisano w prestiżowym czasopiśmie Advanced Functional Materials (98 percentyl, IF≈19).
- Materiały wykazały biokompatybilność oraz właściwości przeciwbakteryjne wobec Escherichia coli i MRSA, przy zachowaniu cytokompatybilności względem ludzkich keratynocytów.
- Eutektożele mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w nowoczesnych opatrunkach oraz systemach kontrolowanego uwalniania leków dla pacjentów z trudno gojącymi się ranami.
Źródło:
- https://pg.edu.pl/aktualnosci/2026-03/nowe-wlasciwosci-zelatyny-naukowcy-z-pg-opracowali-eutektozele-dla-biomedycyny
