Polymérne materiály sú materiály, ktorých podstatnou zložkou sú dlhé molekuly známe ako polyméry. Tieto polyméry sú tvorené menšími stavebnými jednotkami, ktoré nazývame monoméry. Tie sa viažu medzi sebou a tvoria dlhé a zložité reťazce. Vďaka tejto štruktúre môžu mať polymérne materiály rôzne vlastnosti, ako napríklad pevnosť, pružnosť, vodeodolnosť alebo, naopak, rozpustnosť vo vode, odolnosť voči teplu a podobne.

Pre tieto svoje vlastnosti majú polyméry bohaté využitie v každodennom živote. Vedeli by ste nám priblížiť, kde všade sa s polymérmi bežne stretávame, hoci ani netušíme, že máme s nimi dočinenia?

Aj keď si nie vždy uvedomujeme, polyméry sú všade okolo nás a stretávame sa s nimi v priebehu celého dňa. Od ranného chytenia telefónu po zobudení, cez potraviny balené v polyméroch, izoláciu v chladničkách, nátery na stenách bytov, zahusťovače v zubných pastách a šampónoch, tuby na tieto zubné pasty a šampóny, tiež flokulanty použité pri čistení pitnej vody, ktorá nám tečie z vodovodov, tabletky, prístrojové dosky, karosérie, pneumatiky áut, ale aj oblečenie, elektronika a tak ďalej. Bez syntetických polymérov život existoval v minulosti a mohol by existovať aj v budúcnosti, avšak potom by sme nemali súčasnú kvalitu života a existujúci technologický pokrok.

Kde v medicíne našli polyméry svoje uplatnenie?

Veľa medicínskych riešení by bez polymérov nebolo možných. Môžem spomenúť napríklad kontaktné šošovky, náhrady kĺbov, umelé srdce, umelé chlopne, dentálne implantáty, prsné implantáty, náhrady kostí a mäkkých tkanív, načúvacie prístroje, kontrolované dávkovanie liečiv, adhezíva.

Ako viete využiť polyméry na zlepšenie a stabilizáciu hladiny glukózy pri liečbe pacientov s cukrovkou?

V našom prípade používame polyméry ako bariéru ochraňujúcu transplantované pankreatické ostrovčeky pred napadnutím a zničením imunitným systémom. Takto ochránené ostrovčeky môžu dlhodobo kontrolovať hladinu cukru v krvi podobne ako zdravý pankreas. Tu je potrebné stručne vysvetliť, prečo je u niektorých diabetických pacientov vhodné zvažovať transplantáciu ostrovčekov ako terapiu pre zlepšenie kontroly hladiny cukru. V prípade cukrovky 1. typu sú pankreatické ostrovčeky zničené autoimunitnou reakciou, čím sa zastaví produkcia inzulínu, ktorý je dôležitý pre prestup glukózy do buniek. Diabetický pacient bez inzulínu nedokáže dlhodobo fungovať, prejavujú sa zdravotné komplikácie vedúce až k zlyhaniu organizmu. V súčasnosti existujú rôzne technologické riešenia, ako dodať do organizmu inzulín pre kontrolu hladiny cukru v krvi od inzulínových pier po glukózové senzory prepojené sofistikovaným softwarom na inzulínovú pumpu. Napriek týmto technologickým možnostiam u mnohých pacientov nie je jednoduché nastaviť hladinu cukru na normálne hodnoty, čoho dôsledkom sú pri vysokej hladine cukru ochorenia kardiovaskulárneho systému, obličiek, nervov, očí, alebo akútne komplikácie pri príliš nízkej hladine cukru. U takýchto pacientov sa môže zvažovať možnosť transplantácie funkčných pankreatických ostrovčekov. Táto možnosť je v mnohých krajinách sveta už klinicky zavedená a u mnohých pacientov transplantované ostrovčeky fungujú počas niekoľkých rokov. Jednou z nevýhod je to, že ostrovčeky získané od cudzieho darcu sú rozpoznané imunitným systémom a preto príjemca musí kontinuálne brať imunosupresívne látky, ktoré môžu mať tiež negatívny vplyv na organizmus. A práve využitie polymérov ako bariéry pred imunitným systémom dovoľuje vyhnúť sa imunosupresívam a zabezpečiť dlhodobé fungovanie po transplantácii do diabetického príjemcu.

Ktoré vlastnosti týchto materiálov viete využiť na zlepšenie a stabilizáciu hladiny glukózy pri liečbe pacientov s cukrovkou?

Našim hlavným princípom dizajnovania polymérnych materiálov je biokompatibilita – polymérny materiál nesmie byť rozpoznaný imunitným systémom ako cudzia látka, tiež dlhodobá stabilita a vhodná priepustnosť. Na tento účel používame vodorozpustné polyméry, ktoré majú medzi sebou schopnosť interagovať a vytvárať stabilnú hydrogélovú sieť vo forme mikrokapsúl, ktoré spĺňajú potrebné charakteristiky. Ostrovčeky enkapsulované v našich materiáloch dokážu kontrolovať hladinu cukru v pokusných zvieratách po dobu niekoľkých mesiacov.

Predstavuje využitie polymérnych materiálov pri liečbe cukrovky aj nejaké riziká?

Bezpečnosť pre pacienta je vždy na prvom mieste. Až potom funkčnosť. Stratégia využitia akéhokoľvek materiálu pre transplantáciu musí minimalizovať potenciálne riziká. Materiál nesmie vyvolávať zápalovú alebo inú reakciu organizmu, musí mať požadovanú čistotu pre klinické testy, čo zahrňuje aj spôsob jeho prípravy. V priebehu posledných desaťročí sa princíp enkapsulácie pankreatických ostrovčekov testoval klinicky a ukázalo sa, že z pohľadu rizík je tento princíp bezpečný.

V akom štádiu sa v súčasnosti nachádza Váš výskum? Sú z neho už nejaké konkrétne výsledky, ktoré vieme aplikovať do praxe? Prípadne v akom časovom horizonte vidíte úspešné zavŕšenie tohto projektu?

Náš primárny vklad do tejto oblasti je využitie našej expertízy v polymérnej chémii pre výber polymérnych materiálov vhodných na enkapsuláciu, pre nastavenie princípov tvorby hydrogélovej siete a dosiahnutia biokompatibility materiálov. Ďalej sa venujeme metódam pre charakterizáciu mikrokapsúl pre pochopenie korelácie medzi vlastnosťami enkapsulačných materiálov a kontrolou hladiny cukru po transplantácii. Tieto expertízy sú rozpoznané vo svete. Sme súčasťou projektu Chicago Diabetes Project, ktorý má v pláne klinické testy s enkapsulovanými ostrovčekmi v blízkom čase. Takisto spolupracujeme s japonskou firmou, ktorej cieľom je získať osvedčenie pre ich enkapsulačný systém od amerického Úradu pre kontrolu potravín a liečiv o možnosti klinických testov. Čiže výsledky našej práce sú využívané aj v klinickej praxi. V súčasnosti nie je ešte možné predpovedať, kedy tento princíp bude k dispozícii pre diabetických pacientov.