Hydrożele – nowoczesne polskie materiały stomatologiczne

Studenci Politechniki Wrocławskiej mogą przyczynić się do opracowania nowych nośników leków. Wykorzystując metodę modelowania molekularnego badają właściwości m.in. tzw. hydrożeli. Te zaś mogą być świetnym nośnikiem leków, materiałami opatrunkowymi czy stomatologicznymi.

Modelowanie molekularne z wykorzystaniem komputerów o ogromnych mocach obliczeniowych to obecnie najlepszy sposób chemików na projektowanie nośników leków. Właśnie taką metodę do badania właściwości hydrożeli wykorzystują też studenci PWr z koła Biochemistry and Nanophysics Group (BANG). Uczestniczą oni w grancie dr Karoliny Labus i dr. Łukasza Radosińskiego, w którym odpowiadają za opracowanie metodologii otrzymania wirtualnych modeli hydrożeli.

Czym są hydrożele?

Jak informuje Politechnika Wrocławska, hydrożele mają strukturę bardzo podobną do naturalnego środowiska komórek i tkanek. Dlatego są wyjątkowo efektywnymi nośnikami leków, a także stosowane są jako opatrunki, materiały stomatologiczne, elementy implantów. Są podstawowym budulcem szkieletu w regeneracji tkanek czy przy tworzeniu np. soczewek kontaktowych nowej generacji. Ponieważ hydrożele mają dużo pustej przestrzeni, wykorzystuje się je również jako suberabsorbenty, potrafiące chłonąć duże ilości wody.

– Studentom z koła BANG jako drugiej grupie badawczej na świecie udało się stworzyć wirtualny model molekularny hydrożelu żelatynowego – informuje Politechnika Wrocławska. Dokonała tego grupa kierowana przez należącego do koła BANG Kubę Wojciechowskiego. Praca studentów wymagała wielu obliczeń z użyciem komputerów o dużej mocy. – Żelatyna jest bardzo skomplikowanym polimerem, trudnym w modelowaniu. Zaproponowana przez studenta metoda jest zdecydowanie szybsza i użyteczniejsza od dotychczas stosowanych – informuje wrocławska uczelnia.

Innowacyjne badania polskich studentów

Za pomocą odpowiednich programów studenci projektują konkretną cząsteczkę, rozbudowują ją, a potem przeprowadzają symulację. Przykładają odpowiednie siły, z którymi ta struktura zmierzyłaby się w środowisku naturalnym, sprawdzają też, jak model zachowuje się przy określonych modyfikacjach i w czasie mieszania z innymi polimerami. Program sam wszystko przelicza i pokazuje, jak w konkretnej sytuacji zachowuje się dana cząsteczka, czy np. szybko nie ulegnie rozpadowi.

– Zbudowaliśmy model składający się z aminokwasów prostych, na którym możemy teraz testować możliwość wyznaczania różnorodnych właściwości materiałowych takiego hydrożelu – wyjaśnia w uczelnianym komunikacie Dawid Capała z koła BANG. – Wyniki otrzymujemy już po kilku godzinach, w przypadku bardziej skomplikowanych układów obliczenia mogą trwać nawet kilka miesięcy, a to i tak jest znacznie mniej niż badania prowadzone tradycyjnymi metodami w laboratorium, z wykorzystaniem kosztownych odczynników – dodaje studentka PWr Ewa Białek.

Dawid Capała wyjaśnia, że ich praca polega na zbadaniu struktury, a potem nadaniu jej oczekiwanych właściwości. – Projektujemy określone działania tej cząsteczki. Jeżeli będzie ona wyposażona w lek przeciwbólowy, to ma on uwolnić się w konkretnym miejscu, w dostosowanej ilości – tłumaczy Capała. Dzięki temu wszczepiony lek uwalniałby się stopniowo, nie szkodziłby całemu organizmowi, a działał w odpowiednim chorobowo zmienionym miejscu. Jest to szczególnie istotne np. w chorobach nowotworowych, w których tzw. terapia celowana może być ogromną szansą na spowolnienie rozwoju choroby.

Hydrożele to nie wszystko

Równolegle studenci prowadzą badania nad opracowaniem właściwości krzemionki, czyli dwutlenku krzemu. Krzemionki mogą służyć także jako systemy uwalania leków w terapiach długotrwałych, nanoreaktory czy bardzo wydajne katalizatory. – Wykorzystanie i możliwości rozwoju tych materiałów są ogromne – mówi Dawid Capała i dodaje, że w symulacji komputerowej można wracać też do projektów, które w świecie rzeczywistym z jakiegoś powodu zakończyły się fiaskiem. – Jesteśmy w stanie wychwycić, gdzie popełniono błąd. Czasem okazuje się, że pomysł był bardzo dobry, tylko drobna pomyłka na początku wszystko przekreśliła. W takiej sytuacji, dzięki modelowaniu komputerowemu, możemy wskazać, gdzie trzeba zrobić korektę i wrócić do badań – wyjaśnia.

Koło naukowe BANG przy realizacji projektów współpracuje z naukowcami z Polski (Polska Akademia Nauk) i kontaktuje się z badaczami z zagranicznych uczelni, m.in. z Francji (Université de Montpellier, Université d’Aix-Marseille), Niemczech (Uniwersytet w Bremie) czy Ukrainy (Politechnika Lwowska).

Wojtek, 36-latek Warszawy, długo zwlekał z wizytą u dentysty. Bóle zębów były jednak coraz częstsze i coraz bardziej dokuczliwe. Pracę zawodową dodatkowo utrudniał fakt, że lubiący kontakt z ludźmi Wojtek nie mógł zbyt często się uśmiechać… Wojtek to jeden z kilkunastu pacjentów z całej Polski biorących udział w drugiej edycji akcji „Przywracamy Uśmiech”.

Oprac. AF na podst. PAP – Nauka w Polsce

Fot. Herney, pixabay.com