Képzeljünk el egy hatalmas hajót! Sebesen szeli a vizet, vitorlája feszül, ahogy fújja a szél. Az égen azonban felhők gyülekeznek, és a vitorla megdagad az egyre erősödő szélben. Hirtelen roppanás hallatszik, a vászon kiszakad. A repedés épp csak látható, a vitorla még tart. De a szél újult erővel belekap a sérült anyagba, ismét roppanás hallatszik. A repedés mentén tovább hasad a vitorla, veszít tartásából. Szerencsére a sérülés javítható, egy darab anyaggal fedhető a repedés, és a vitorla ismét visszanyeri az eredeti funkcionalitását.

Képzeljük el, hogy a bevezetőben említett vitorla a hasfalunk, a szél pedig a hasüregünkben folyamatosan jelen lévő és változó belső nyomás. A hasizmaink és az izmokat körülölelő izompólya a vászon, ami ennek az erőnek ellenáll.  Ez a védőfal azonban már születésünk pillanatától kezdve hiányos lehet, vagy veszíthet tartásából a kor előrehaladtával túlsúly, szöveti gyengeség, mozgásszegény életmód, rendszeres dohányzás, vagy akár korábbi hasi műtét következtében is. Fokozott fizikai megterhelésnek, nehéz súlyok gyakori emelésének könnyen lehet a következménye, hogy a meggyengült területen a has izmainak, izompólyáinak egysége megszakad, nyílás keletkezik, melyen keresztül hasunk szervei előreeshetnek, és sérv alakul ki. A betegséget leggyakrabban húzó, görcsös, feszítő, fizikai aktivitásra fokozódó fájdalom, és gyakran hányinger is jelzi.  Amellett, hogy ezek a panaszok megnehezíthetik a mindennapi tevékenységet, a kialakult sérv életveszélyes állapotot is előidézhet. Hasi szerveink egy része, melyek a sérvkapun át előreestek, be is szorulhatnak oda, kizárva önmagukat ezáltal a hasüregből. A szervek vérellátása az erek elszorítása miatt ilyenkor megszűnhet, minek következtében az adott szerv elhalhat. Az így kialakult életveszélyes állapot, néhány óra alatt halálhoz vezethet. Ennek megelőzésére célszerű műtéti úton zárni a sérv kapuját.

A sebész hálójában

Magyarországon napjainkban az egyik leggyakoribb általános sebészeti beavatkozás a sérv rekonstrukciós operációja.  Évente mintegy 20 000–25 000 ilyen beavatkozást végeznek hazánkban, ezek közül 10 000–15 000 esetben olyan betegeken, akik korábban hasi műtéten estek át.

A múlt században a legelterjedtebb módszer még a nagy hasi feltárásból végzett rekonstrukció volt, melynek során a megszakadt izmot és izompólyát öltésekkel egyeztették, így zárva a sérv kapuját. A műtétet követően azonban az esetek 25-55%-ában a sérv ismét kialakult, mely miatt sokszor újabb operációt kellett végezni. A kiújulás legfőbb oka, hogy a sérvkapu oldalait alkotó egymástól eltávolodott izompólyát és izomzatot csak a szövetek összehúzásával lehetséges egyeztetni. Az így keletkező feszülés azonban a hasfalat tovább gyengíti, ezáltal újabb szakadás keletkezhet a szövetekben.

A sérvek műtéti kezelése során először 1958-ban ültettek be idegen anyagot, úgynevezett sérvhálót a hasfalba a feszülés kiküszöbölése érdekében. Segítségével biztosítható a sérvkapu feszüléstől mentes fedése, emellett mechanikai akadályt is képez a sérvtartalom előesésének, valamint a későbbiekben alapot teremt a saját szöveti elemekből felépülő hegszövet növekedésének is, visszaállítva így végső soron a hasfal integritását. Napjainkban leggyakrabban polipropilén alapú hálót alkalmaznak erre a célra, de a legváltozatosabb súlyú, felszínű, szakítószilárdságú, idővel a szövetek közül felszívódó és élethosszig a szervezetben maradó nem felszívódó anyagból készült változatok is léteznek.

A sérvsebészetben elért eredmények a hálóbeültetéssel végzett műtéti technikák térhódítása óta lényegesen javultak, jelentősen csökkent a műtétet követő sérvkiújulások száma. Az idegen anyag alkalmazásával, azonban új szövődmények is megjelentek. Gyakrabban fordul elő fertőzés a műtéti területen, mely csak gyógyszeresen vagy ismételt operációval orvosolható. A háló elmozdulhat a beültetés helyéről, érképletek vagy belső szervek sérülését okozva, melynek következtében vérzés, szervsérülés, esetleg későbbi heges összenövés alakulhat ki a hasüregben. Hosszú távon, az éveken át jelen lévő idegen test pedig krónikus fájdalmat provokálhat a szervezetben.

Mindezek mellett nem elhanyagolható szempont a speciálisan kialakított hálók rendkívül magas előállítási költsége sem. A helyzet ideális megoldása lehet, hogy a beültetett háló csak átmenetileg, a megbízható hegszövet kialakulásának ideje alatt van jelen a szervezetben, majd feladata teljesítésével felszívódik onnan.

Építőművészet molekuláris szinten

A nanotechnológia korunk egyik legnagyobb léptékben fejlődő tudományága, meghatározó szerepet játszik számos kutatási területen. Új távlatokat nyit a sebészi technológiák fejlesztésében is, módszereivel lehetőség nyílik atomi, molekuláris szinten megtervezni és létrehozni a kívánt tulajdonságokkal rendelkező anyagokat. Alapanyagként egyszerű molekulákat, úgynevezett monomereket használnak, melyek megfelelő körülmények között nagy számban képesek összekapcsolódni, ismétlődő egységekből álló polimer molekulává összeállni. Többek között alkalmaznak olyan molekulákat is, melyeket számos iparág felhasznál, például műanyag tárgyak, ruhanemű, ragasztó, csomagolóanyag előállításához.

Kutatásunk során a polimerháló képzéséhez szükséges megfelelő körülményeket az elektromos tér segítségével teremtjük meg. Szálhúzással, úgynevezett elektrospinning technikával képzünk mesterséges polimerszálakat, melyeket térhálósítással, azaz keresztkötések kialakításával teszünk stabillá, így létrehozva a gyakorlatban alkalmazni kívánt háló szerkezetét. Az így kapott polimerszálak átmérője nanométeres tartományba esik, hozzávetőleg 250-szer kisebbek, mint egy átlagos emberi hajszál vastagsága. Az elektromos teret egy nagyfeszültségű tápegység segítségével állítjuk elő, mely a felhasznált polimer oldatát tartalmazó tárolóhoz kapcsolódik. A tároló végén tű helyezkedik el, elektromos tér határása ennek hegyéből indul el a polimer szál, mely egy földelt céltárgyhoz érve rendezetlenül szétterül, majd keresztkötések kialakulását követően létrejön a kutatásunk során vizsgált polimer háló. A vizsgált polimer tulajdonságai, a szálak átmérőjének, eloszlásának, a keresztkötések gyakoriságának változtatásával, az adott felhasználási területek igényeihez igazodva módosíthatók.

A tökéletes anyag

Ideális hálót kifejleszteni ez idáig nem sikerült. Optimális tulajdonságai azonban pontosan meghatározhatók: legyen alkalmas az emberi szövethiány pótlására, segítse elő a regenerációt azáltal, hogy felülete megfelelő környezetet biztosít a sejtek megtapadásához, szaporodásához, mindamellett, hogy nem mérgező, nem okoz gyulladást vagy allergiás reakciót. Fizikai tulajdonságai nem változhatnak, míg a hegszövet ki nem alakul, továbbá alapvető követelmény a beültetendő anyaggal szemben, hogy a sebészi alkalmazás során könnyű legyen kezelni, hajtogatni, manipulálni, és műtétet követően ne okozzon szövődményt. Végül, de nem utolsó sorban, előállítási költsége legyen alacsony.

Kutatásunk során olyan kontrolláltan felszívódó háló létrehozása a célunk, mely ideális vázat biztosít az új hegszövet alakulásának, majd nyomtalanul lebomlik. Azáltal, hogy  a szervezetben a feltétlenül szükséges minimális időre tudjuk csökkenteni az idegen anyag jelenlétét, visszaszoríthatjuk a jelenleg alkalmazott hálók által okozott számos szövődményt. A kizárólag felszívódó komponensekből álló háló ellenállóbb a fertőzésekkel szemben, csekélyebb az általa kiváltott idegentest-reakció, és használatával elkerülhető a műtétet követő krónikus fájdalom kialakulása is. Alapvető követelmény a mesterségesen előállított anyagokkal szemben a biokompatibilitás és biodeg-radábilitás, azaz, hogy megfelelően összeférnek-e a szervezettel, illetve lebomlásuk során nem károsítják-e azt. Vizsgálatuk során az anyag azon hatásait figyeljük, hogy alkalmazása esetén a megfelelő reakciókat váltja-e ki a fogadó szövetekből, megvalósítva így a biológiai rendszer és anyag zavartalan együttműködését, valamint lebontási folyamata során keletkezik-e az élő szervezet számára mérgező anyag. Kutatásunk alatt választ kapunk arra, hogy megfelel-e a polimerháló ezeknek a kritériumoknak.

Két, eltérő környezetben figyeljük meg a polimerháló viselkedését, egyrészt in vitro, „üvegben”, sejtekkel ellenőrzött laboratóriumi körülmények között, másrészt in vivo, állatok bevonásával élő szervezetben.

In vitro kutatásunk során különböző, az emberi szervezetet felépítő sejttípusok jelenlétében vizsgáljuk a mesterséges háló hatását a sejtek életműködésére. Minden sejttípus jellemző módon viselkedik a számára megfelelő környezetben. Ezek a tulajdonságok, sejtek nagysága, alakja, osztódásuk gyorsasága, pontosan mérhető. A sejtek a háló jelenlétében megfigyelhető viselkedését értékelve objektív képet kaphatunk a vizsgált anyag biokompatibilitásáról, biodegradábilitásáról, egy speciális, meghatározott felülethez letapadó tulajdonsággal rendelkező sejtvonallal pedig megfigyelhetjük, miként viselkedik a polimerháló mesterséges vázként. Vizsgálataink során megfigyeltük, hogy a háló anyagának jelenlétében az általunk vizsgált sejtek felvették a rájuk megfelelő környezetben jellemző tulajdonságokat, alakjuk sokszögletű, kihúzott lett, osztódásuk sebessége, életjelenségeik megfelelőek voltak.

In vivo vizsgálataink folyamán, az élő szervezetben mesterségesen alakítunk ki sérvet, így élettani körülmények között figyelhetjük meg napokig, hónapokig a polimer- háló viselkedését, biokompatibilitását, biodegradábilitását. A hosszú távú követéssel, a hegszövet kialakulásával párhuzamosan, a háló szakítószilárdságának, egyéb mechanikai tulajdonságainak változásaira kaphatunk választ. Megfigyeljük, előfordulnak-e a jelenleg alkalmazott hálók használata során már leírt szövődmények, esetleg új szövődmény megjelenik-e vizsgálataink során. Szükség esetén a polimer szerkezetének módosításával érhetjük el a lassabb felszívódást, különböző vegyületek hozzáadásával pedig fokozhatjuk a hegszövet kialakulásának készségét, csökkenthetjük a fertőzés, és egyéb szövődmények kialakulását.

A polimerháló előnyös tulajdonságai mellett, jelentős szempont, hogy előállítása és alkalmazása költséghatékony, nagyságrendekkel olcsóbb a gyakorlatban alkalmazott hálókénál. Kifejlesztésével, egy ideális, és széles körben könnyen hozzáférhető termék válik elérhetővé. Gyakorlati alkalmazása előtt még számos, kutatásban eltöltött óra áll előttünk. Az eddigi kutatás a Semmelweis Egyetem Nanokémiai Kutatócsoportjának és a Semmelweis Egyetem Kísérletes Sebészeti és Műtéttani Intézetének együttműködésében valósult meg. Sosem feledjük, hogy: „a tudomány izgalmas kaland. Ajtókat nyitogatunk, keressük az igazságot, s egyszerre ott van előttünk, mint mesebeli kincs, a maga kézzelfogható, tündöklő valóságában.” (Kosztolányi Dezső)

 BATA ORSOLYA SÁRA – DANKÓ TITANILLA

A cikk az Élet és Tudomány – OTKA közös cikkpályázatán első helyezést ért el. (OTKA 105523)

2014/1