biodegradowalny, superchłonny materiał opatrunkowy zbudowany z agarozy oraz kurdlanu

Na temat biodegradowalnego, superchłonnego materiału opatrunkowego rozmawiamy z prof. dr hab. n. farm. Agatą Przekorą-Kuśmierz oraz mgr Michałem Wójcikiem z Samodzielnej Pracowni Inżynierii Tkankowej i Medycyny Regeneracyjnej na Wydziale Biomedycznym Uniwersytetu Medycznego w Lublinie.

 

 

 

Zespół badawczy realizujący projekt:

prof. dr hab. n. farm. Agata Przekora-Kuśmierz

dr n. farm. Paulina Kazimierczak, prof. UM w Lublinie (nieobecna na zdjęciu)

mgr Michał Wójcik

Sam. Prac. Inż. Tkankowej i Medycyny Regeneracyjnej na Wydziale Biomedycznym Uniwersytetu Medycznego w Lublinie

 

 

Polska liczy 38,5 mln mieszkańców, z czego 6,2 mln osób w wieku powyżej 65 lat. Oszacowano, że aż 500 tys. osób cierpi z powodu ran przewlekłych. Opatrunki piankowe są największą kategorią na rynku zaawansowanych opatrunków na rany przewlekłe z blisko 25 proc. udziałem (2017 rok). Przewlekłe rany goją się powoli, a według Medtech Europe częstość występowania ran przewlekłych w populacji wynosi 3-4 na 1000 osób, co odpowiada liczbie 1,5-2,0 mln osób z 491 mln mieszkańców UE.

 

Szacuje się, że rynek opatrunków na rany osiągnie poziom 11,2 mln USD do 2025 roku, wzrost z 7 mln USD w roku 2020 przy CAGR (Compound Annual Growth Rate – średni wskaźnik rocznego wzrostu) na poziomie 9,7 proc. Jeśli chodzi o europejski rynek bioaktywnych opatrunków dedykowanych na rany przewlekłe, oczekuje się, że osiągnie on ponad 792 mln USD do 2027 roku, wzrost z 465 mln USD w roku 2019, przy CAGR na poziomie 7,4 proc.

 

      

 

 

Pani Profesor, co jest przedmiotem wynalazku objętego wsparciem prac przedwdrożeniowych w projekcie Inkubator Innowacyjności 4.0?

 

Agata Przekora-Kuśmierz: Przedmiotem wynalazku objętego wsparciem prac przedwdrożeniowych jest biodegradowalny, superchłonny materiał opatrunkowy zbudowany z naturalnych biopolimerów: agarozy oraz kurdlanu. Połączenie wspomnianych polisacharydów skutkowało powstaniem hybrydowego biomateriału o unikatowych cechach, który ma zdolność wspierania procesu gojenia poprzez absorbcję wysięku z rany, zatrzymywanie go w obrębie swojej struktury oraz utrzymywanie wilgotnego środowiska w obrębie łożyska rany. Ponadto porowata struktura materiału ułatwia wymianę gazową między zranioną tkanką, a środowiskiem zewnętrznym. Opracowany biomateriał posiada cechy opatrunku hydrokoloidowego, ponieważ po kontakcie z wysiękiem rany przybiera formę żelu zatrzymującego wysięk w swojej strukturze i utrzymującego wilgoć w obrębie łożyska rany. Ważną cechą opatrunku jest możliwość jego wytwarzania w formie wzbogaconej w związki bioaktywne, np. antybiotyki, witaminę C, hydrokortyzon, kurkuminę. Biomateriał zbudowany jest z dwóch naturalnych polimerów, które są w 100 proc. bezpieczne i nietoksyczne oraz dopuszczone przez Agencję Żywności i Leków (FDA) do stosowania w przemyśle spożywczym. Agaroza, czyli składnik agaru jest wykorzystywana jako substancja żelująca do produkcji żelków czy galaretek, natomiast kurdlan jest stosowany przy produkcji makaronów. Zatem przedmiotem prac wdrożeniowych jest biomateriał zbudowany z dwóch dopuszczonych przez FDA polimerów, dedykowany do zastosowań zewnętrznych jako materiał opatrunkowy.

 

Jakie badania i prace przeprowadzone zostały w ramach prac przedwdrożeniowych? I jakie są wyniki, efekty tych badań?

 

Agata Przekora-Kuśmierz: Celem realizowanych prac przedwdrożeniowych było przeprowadzenie na szeroką skalę eksperymentalnego leczenia pacjentów weterynaryjnych z zastosowaniem h wariantu opatrunku z gentamycyną wg Patentu PL nr 236367 (2021). Przeprowadzone prace przedwdrożeniowe wykazały duży potencjał opracowanego opatrunku w leczeniu ran przewlekłych. W ramach współpracy z lekarzami weterynarii z Oddziału Drobnych Ssaków Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie, opatrunki zostały przebadane klinicznie i z dużym sukcesem zastosowane w leczeniu przewlekłych ran zakażonych u łącznie 30 pacjentów weterynaryjnych oraz u 4 pacjentów z posiewem negatywnym, a więc przewlekłą raną niezakażoną. Zastosowanie superchłonnych opatrunków wzbogaconych w gentamycynę umożliwiło szybkie oczyszczenie rany z nadmiaru wysięku oraz natychmiastowe zwalczenie infekcji poprzez gwałtowne miejscowe uwolnienie antybiotyku (gentamycyny). Innowacyjne opatrunki znacząco skróciły proces gojenia się ran o ok. 30% w porównaniu do standardowych opatrunków oraz doustnej antybiotykoterapii. Co ważne, w trakcie leczenia zaobserwowano istotny spadek poziomu enzymów (MMP-9, MMP-13) oraz cytokin prozapalnych (IL-6, IL-1beta, TNF-alpha), które występują w łożysku rany przewlekłej na bardzo wysokim poziomie. Zatem zaobserwowany w trakcie leczenia spadek stężenia tych czynników jest dowodem na to, że rozpoczął się prawidłowy proces gojenia. Co więcej, w trakcie leczenia odnotowano w łożysku rany wzrost stężenia czynników wzrostu wspomagających procesy gojenia (TGF-1beta oraz VEGF). Materiał opatrunkowy w formie walca został również zastosowany jako gąbka gentamycynowa (opatrunek implantacyjny) u szczura domowego cierpiącego na przewlekłą ranę zakażoną powstałą w wyniku pogryzienia oraz u jeża pigmejskiego w celu zwalczenia ciężkiej infekcji rany powstałej po resekcji oka. U tych pacjentów standardowa doustna antybiotykoterapia nie powiodła się. Natomiast terapia z zastosowaniem opatrunku jako gąbki gentamycynowej trwała tylko 6 dni w przypadku jeża pigmejskiego oraz 7 dni w przypadku szczura domowego. Co ważne, wyniki badań krwi nie wykazały by u zwierząt poddanych obserwacji w następstwie założenia opatrunku doszło do zaburzeń w parametrach hematologicznych i biochemicznych, co świadczy o dobrej tolerancji testowanego produktu. Zatem przeprowadzone prace przedwdrożeniowe dowiodły, że opracowany materiał opatrunkowy jest produktem bezpiecznym i skutecznym.

 

Wiele mówi się o personalizacji leczenia, czy w przypadku opracowanego opatrunku spersonalizowane leczenie również ma znaczenie? Na czym polega innowacyjność opracowanego produktu?

 

Michał Wójcik: Opracowany sposób produkcji materiałów opatrunkowych pozwala na inkorporację różnych związków bioaktywnych, np. witaminy C, witaminy E, czynników wzrostu, antybiotyków, hydrokortyzonu, kurkuminy, insuliny, umożliwiając stworzenie spersonalizowanych opatrunków dostosowanych do potrzeb danego pacjenta. Zarówno unikatowy skład bazowego opatrunku (agaroza, kurdlan), jak i jego spersonalizowane warianty zawierające leki, mają charakter innowacyjny w skali regionu, kraju i świata. Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą nie ma na świecie producenta hydrokolidowych lub piankowych opatrunków na rany wysiękowe, który oferowałby materiały opatrunkowe z dowolną substancją bioaktywną w zależności od potrzeb pacjenta. Nowością jest również możliwa produkcja opatrunków z wkładem zapachowym, np. na bazie olejków eterycznych o właściwościach przeciwzapalnych i antyoksydacyjnych, które znajdą zastosowanie w leczeniu ran odleżynowych lub ran w przebiegu zespołu stopy cukrzycowej, którym towarzyszy nieprzyjemny zapach. 

 

Co skłoniło Państwa do opracowania takiego wyrobu? Jak obecnie wygląda rynek opatrunków na rany przewlekłe czy rany wysiękowe?

 

Michał Wójcik: Dostępne na rynku krajowym i międzynarodowym opatrunki na rany wysiękowe charakteryzują się określonym kształtem, co ogranicza ich zastosowanie do małych ran. Ponadto leczenie ran przetokowych wymaga zastosowania bioaktywnego opatrunku w kształcie walca, a takich nie ma na rynku.  Opatrunki według naszego patentu mogą być tworzone w różnych kształtach i rozmiarach,  w tym w formie walca, co jest przydatne w leczeniu ran przetokowych. Ponadto zaproponowane w ramach projektu spersonalizowane opatrunki ze związkami bioaktywnymi dobranymi indywidualnie do pacjenta (rana przewlekła, zakażona rana przewlekła lub rana pooperacyjna) stanowią innowacyjne rozwiązanie oraz znacząco poprawią leczenie pacjentów względem istniejących na rynku krajowym i międzynarodowym rozwiązań. Dodanie związków czynnych do opatrunków przyspieszy proces gojenia rany, a w przypadku inkorporacji antybiotyków zapewni ochronę przed rozwojem zakażenia w miejscu zranienia. Opracowane przez nas opatrunki są nie tylko konkurencyjne do tych dostępnych na rynku pod względem ich właściwości chłonnych, ale również pod względem ich właściwości biologicznych (przyspieszających regenerację skóry oraz zwalczających infekcje).

 

Czy zidentyfikowaliście Państwo potrzebę rynkową dla wprowadzenia nowego biomateriału do leczenia ran?

 

Agata Przekora-Kuśmierz: Rosnąca liczba operacji, wypadków drogowych, wzrost liczby przypadków oparzeń oraz rosnąca częstotliwość występowania ran przewlekłych, takich jak cukrzycowe owrzodzenie stopy i owrzodzenie żylne, to jedne z czynników napędzających rynek opatrunków na rany. Według Światowej organizacji Zdrowia (WHO) globalna częstość występowania cukrzycy oraz ran przewlekłych dla zespołu stopy cukrzycowej wzrosła z 4,7 proc. do 8,5 proc. od 1980 roku do 2014 roku. Natomiast zgodnie z danymi opracowanymi przez Międzynarodową Federację Diabetologiczną (IDF) największa częstotliwość występowania cukrzycy przypada na region Zachodniego Pacyfiku. Liczba ta wynosiła 138 mln przypadków w 2014 roku, a szacuje się że w 2035 roku osiągnie 202 mln. Opracowane opatrunki mogą być wprowadzone zarówno na rynek weterynaryjny, jak i rynek medyczny. Potencjalnymi nabywcami na rynku weterynaryjnym mogą być kliniki weterynaryjne, stadniny, ogrody zoologiczne, fundacje działające na rzecz ochrony zwierząt. Mogą to również być klienci indywidualni - właściciele zwierząt. Warto podkreślić, że na rynku weterynaryjnym, nie ma w sprzedaży zaawansowanych bioaktywnych materiałów opatrunkowych. W przypadku rynku medycznego sytuacja byłaby analogiczna, klientami mogą być kliniki, szpitale, domy opieki społecznej oraz klienci indywidualni - pacjenci, pielęgniarki.

 

Na jakim etapie rozwoju znajduje się obecnie wynalazek?

 

Agata Przekora-Kuśmierz: Przed rozpoczęciem projektu, materiał opatrunkowy został zweryfikowany w warunkach laboratoryjnych, co wskazywało na TRL 4 (poziom gotowości technologicznej). Przed rozpoczęciem prac przedwdrożeniowych, opracowany materiał opatrunkowy przeszedł pozytywnie wszystkie badania przedkliniczne w warunkach in vitro z wykorzystaniem ludzkich komórek skóry oraz ludzkich makrofagów. Ponadto materiał został poddany testom zgodnym z międzynarodową normą ISO 10993-5 oraz ISO 10993-12 dla wyrobów medycznych. Przeprowadzenie testów cytotoksyczności wg wspomnianych norm jest elementem niezbędnym w procesie certyfikacji i komercjalizacji nowego wyrobu medycznego. Natomiast zakończenie prac przedwdrożeniowych w ramach programu „Inkubator Innowacyjności 4.0” wyniosło wynalazek na wysoki poziom TRL. Przeprowadzone eksperymentalne leczenie zwierząt domowych z wykorzystaniem opatrunku wzbogaconego w gentamycynę, a więc przebadanie materiału w środowisku zbliżonym do rzeczywistego w przypadku przeznaczenia produktu na rynek medyczny, pozwoliło wynieść wynalazek na poziom TRL 6 dla medycyny. W przypadku przeznaczenia materiału opatrunkowego na rynek weterynaryjny, to poziom gotowości technologicznej jest wyższy – TRL 8 dla weterynarii. Zatem efektem przeprowadzonych prac przedwdrożeniowych jest niemalże gotowy produkt weterynaryjny lub medyczny. Warto zaznaczyć, że opracowane opatrunki już w tym momencie cieszą się dużym zainteresowaniem przedsiębiorstw mających w swojej ofercie wyroby medyczne.

 

        

 

 

Pani Profesor, czy według Pani opracowany materiał ma potencjał wdrożeniowy?

 

Agata Przekora-Kuśmierz: Opracowany biomateriał opatrunkowy ma wysoki potencjał wdrożeniowy. Zbudowany jest on z naturalnych polimerów, które są w 100 proc. bezpieczne i nietoksyczne. Ponadto przeszedł pozytywnie badania zgodne z normą ISO 10993-5, które są niezbędne w procesie komercjalizacji nowego wyrobu medycznego. Przede wszystkim przeprowadzone prace przedwdrożeniowe udowodniły jego skuteczność w leczeniu przewlekłych ran zakażonych i niezakażonych u pacjentów weterynaryjnych. Niemniej jednak ze względu na specyficzny skład biomateriału (polisacharydy) i związane z tym zwiększone ryzyko rozwoju infekcji w ranie przewlekłej, realny potencjał wdrożeniowy mają wyłącznie warianty opatrunków wzbogacone w związki o aktywności przeciwbakteryjnej (np. jony cynku, nanocząstki srebra, antybiotyki). Jeżeli chodzi o rynek weterynaryjny, to widzimy duży potencjał wdrożeniowy materiału z gentamycyną, zarówno jako zewnętrznego opatrunku do leczenia ran zakażonych, jak i materiału implantacyjnego (biodegradowalnej gąbki gentamycynowej). Prace przedwdrożeniowe wykazały, że zwierzęta bardzo dobrze tolerują nasz materiał opatrunkowy, a ewentualne spożycie takiego materiału przez pacjenta weterynaryjnego nie stanowi dla niego żadnego zagrożenia.

 

Czy w dotychczasowej pracy macie Państwo wdrożenia swoich wynalazków lub czy udało się Państwu pozyskać fundusze/ granty na rozwój wynalazków?

 

Agata Przekora-Kuśmierz: Zgodnie z definicją NIK, wdrożenie jest to wykorzystanie w praktyce wyników badań przez podmiot zewnętrzny, mające niekoniecznie wymiar finansowy, ale np. gospodarczy lub społeczny. Zatem, tak, mamy wdrożenie, gdyż nasze opatrunki zostały wykorzystane w praktyce weterynaryjnej przez lecznice dla zwierząt. Natomiast nasze wynalazki nie zostały skomercjalizowane, ponieważ komercjalizacja ma wymiar finansowy i wiąże się uzyskaniem korzyści majątkowych na zasadach rynkowych. Mimo kilku rozmów z funduszami inwestycyjnymi, do tej pory nie udało nam się skomercjalizować żadnego wynalazku. Być może wynika to z naszego samokrytycyzmu, ostrożności z racji medycznego przeznaczenia biomateriałów oraz dążenia do perfekcji. Dostrzegamy wady naszych wynalazków i nigdy nie obiecujemy przysłowiowych „gruszek na wierzbie”. Oczywiście bez wsparcia w postaci zewnętrznych źródeł finansowania badań nie powstałyby nasze wynalazki. Objęte wsparciem przedwdrożeniowym materiały opatrunkowe powstały w ramach grantu Opus 16 nr UMO-2018/31/B/ST8/00945 (NCN), którego byłam kierownikiem. Z kolei różnego rodzaju modyfikacje oraz warianty biomateriałów były przedmiotem badań w ramach projektów wewnętrznych (DS) naszej Jednostki. Co więcej, dr Paulina Kazimierczak uzyskała finansowanie grantu INTERPROJEKT realizowanego w ramach inicjatywy Związku Uczelni Lubelskich (ZUL), którego celem jest opracowanie nowatorskiego antybakteryjnego opatrunku na rany wzbogaconego w zeolity impregnowane srebrem. Inne nasze wynalazki również powstały dzięki zewnętrznym źródłom finansowania, głównie z Narodowego Centrum Nauki. Przykładem może być implant kostny chroniony patentem PL nr 235822 (2020), który powstał w ramach grantu Opus 16 nr UMO-2018/31/B/ST8/00945, a który jest aktualnie ulepszany i modyfikowany w ramach grantu Opus 22 nr UMO-2021/43/B/NZ7/00447.

 

Jakie są dalsze plany na rozwój tego innowacyjnego materiału opatrunkowego? Czy są inne wynalazki nad, którymi zespół pracuje?

 

Michał Wójcik: Aktualnie prowadzimy badania mające na celu ulepszenie naszego opatrunku na rany poprzez różnego rodzaju modyfikacje. W badaniach skupiamy się przede wszystkim na modyfikacjach biomateriałów za pomocą nanocząstek srebra oraz związków pochodzenia naturalnego w celu nadania im właściwości przeciwbakteryjnych. Z kolei dr Paulina Kazimierczak kontynuuje badania, które rozpoczęła w ramach projekty MINIATUTRA 6 (NCN), mające na celu immobilizację propolisów pochodzących z regionów endemicznych w strukturze biomateriału w celu otrzymania materiału opatrunkowego dedykowanego do leczenia ran po resekcji czerniaka.  Jeśli chodzi o prace nad innymi wynalazkami, to prowadzimy także badania w dziedzinie medycyny regeneracyjnej kości. Ich celem jest stworzenie nanokompozytowych granul polimerowo-ceramicznych wzbogaconych w olejki eteryczne do zastosowań w stomatologii i chirurgii szczękowo-twarzowej oraz inteligentnych implantów kostnych reagujących w określony sposób po ich wszczepieniu w organizmie. 

 

 

Bardzo dziękuję za rozmowę!

 

Rozmawiała Agnieszka Komarzeniec
Broker Innowacji w projekcie Inkubator Innowacyjności 4.0.
Centrum Transferu Wiedzy Uniwersytetu Medycznego w Lublinie

 

 

Firmy zainteresowane współpracą zapraszamy do kontaktu:
e-mail.: transfer.wiedzy@umlub.pl, tel. 81 448 51 63.

 

CTW

Centrum Transferu Wiedzy

Uniwersytetu Medycznego w Lublinie

Lublin 20-079, ul. Dolna 3 Maja 3

(budynek Graden, parter)

 

tel.: +48 81 448 5160

e-mail: transfer.wiedzy@umlub.pl

 
Dyrektor Centrum Transferu Wiedzy 

Agnieszka Komarzeniec

tel.: +48 81 448 5160

e-mail: agnieszka.komarzeniec@umlub.pl

 

 

Biuro Prorektora ds. Współpracy
z Otoczeniem Społeczno-Gospodarczym

 

Prorektor ds. Współpracy z Otoczeniem Społeczno-Gospodarczym

prof. dr hab. n. med. Jarosław Dudka

 

kontakt: Renata Horbaczewska
tel.: +48 81 448 5160
e-mail: prorektor.wspolpraca@umlub.pl

 

Social Media

 

ikona facebook  ikonka linked in

Centrum Transferu Wiedzy Uniwersytetu Medycznego w Lublinie