Dirbtinio kaulinio audinio sukūrimas – vienas iš pagrindinių šiuolaikinės medicinos tikslų. Nors per pastarąjį šimtmetį išmėginta daug variantų, tik vienas buvo vertas tolimesnių tyrimų. Jie vykdomi iki šiol, nes sukurtas kaulinis audinys turi ne tik prisitaikyti prie žmogaus organizmo ir netrukdyti čia vykstantiems biologiniams procesams, bet ir padėti greitai atkurti visas būtinas motorikos funkcijas. Vilniaus universiteto (VU) Chemijos ir geomokslų fakulteto profesorius Aivaras Kareiva, dalyvavęs tarptautiniame projekte kuriant visiškai prie žmogaus organizmo prisitaikančią medžiagą, sako, kad šis tikslas taps realybe jau visai netolimoje ateityje.

Biokeraminiai kalcio fosfatai – artimiausia žmogui medžiaga

Dirbtiniai kaulai – itin aktuali medžiaga ortopedijos srityje. Jie reikalingi užpildant žmogaus kaulų ertmes, atsiradusias dėl traumų ar ligų, atauginant žandikaulius, padengiant metalinius implantus, kurie naudojami kaulų rekonstrukcijoje. Siekiant šių tikslų, pagrindinis tiriamasis objektas yra biokeraminiai kalcio fosfatai (CaP), kurie labai plačiai naudojami įvairiuose tyrimuose apie žmonių ir gyvūnų ligotų ar pažeistų kaulų regeneraciją ir atkūrimą.

Pagrindinė CaP sudedamoji medžiaga yra sintetinis kalcio karbonatinis hidroksiapatitas, pagal savo molekulinę sudėtį labai panašus į apatitą – žmogaus kauliniame audinyje aptinkamą medžiagą. Todėl sukurtas dirbtinis kaulinis audinys savo molekuline struktūra visiškai atitinka natūralų žmogaus kaulą.

„Kaulinė medžiaga mūsų laboratorijoje sintetinama draugišku aplinkai, efektyviu, nebrangiu vandeniniu zolių-gelių metodu. Be to, keisdami sintezės parametrus, galime reguliuoti medžiagos dydį, formą, metodą, todėl galime labai lengvai formuoti ją ant įvairių padėklų“, – teigia VU profesorius. Pasak jo, susintetintas kalcio karbinatinis hidroksiapatitas puikiai tinka formuoti ir sudėtingoms formoms išgauti.

Išskirtinis projektas, vienijantis mokslininkus iš viso pasaulio

Būtent su biokeraminiais kalcio fosfatais tyrimus tarptautiniame projekte vykdė prof. A. Kareiva ir kiti VU mokslininkai – doc. Inga Grigoravičiūtė-Puronienė, dr. Živilė Stankevičiūtė ir dr. Aleksejus Žarkovas. 10 mėnesių trukmės stažuotėje viename geriausių Japonijos universitetų mokslininkai įgavo neįkainojamos patirties ir užmezgė naujų ryšių, naudingų tolimesniam bendradarbiavimui.

„Bendri VU Chemijos ir geomokslų fakulteto darbai su japonų mokslininkais prasidėjo, kai laimėjome Lietuvos mokslo taryboje (LMT) skelbiamus šaukimus į trišalio Lietuvos, Latvijos, Taivano ir dvišalio Lietuvos ir Japonijos bendradarbiavimo projektus. Nuo to laiko pradėjome labai glaudų bendradarbiavimą su Japonijos ir Taivano mokslininkais biokeraminių medžiagų kūrimo ir taikymo srityje. Toks bendradarbiavimas leidžia mūsų fakultete susintetintus junginius implantuoti“, – pasakoja profesorius.

Prof. A. Kareiva pabrėžia, kad Lietuvoje tokio masto projektą įvykdyti yra beveik neįmanoma dėl tam tikrų apribojimų. Japonijoje susintetintų biokeraminių medžiagų tyrimai vykdomi su gyvūnais, kurių kaulų, sausgyslių ir sąnarių struktūra yra panaši į žmogaus – tai pelės, žiurkės, triušiai, šunys. Pirminiame tyrimų etape į gyvūnų kaulus įvedamos dirbtinio kaulo medžiagos, tada pasitelkus mikrokompiuterinę tomografiją stebima, kaip elgiasi į organizmą įvesta medžiaga, kuri turi pavirsti į kaulą.

„Buvo gauti įvairios struktūros kalcio fosfatai. Susintetinti metalais (manganu, geležimi, chromu, sidabru) pakeisti kalcio hidroksiapatitai. VU mokslininkai sukūrė sintezės metodus įvairiems fosfatams sintetinti, apibūdino šių medžiagų terminį stabilumą, fazinį grynumą, ištyrė jų struktūrą ir morfologiją. Šiuo metu su šiais junginiais tyrimai ir toliau tęsiami“, – pasakoja prof. A. Kareiva.

Įvairūs tyrimai vykdomi ir VU 

VU Chemijos ir geomokslų fakulteto laboratorijose chemikai įvairiais būdais sintetina kalcio fosfatą, atranda vis naujų sintetinimo galimybių, tačiau laboratoriniais tyrimais jų eksperimentai neapsiriboja. Nemažas kiekis susintetinto kalcio karbonatinio hidroksiapatito iš Vilniaus buvo išsiųstas į Australiją, kur veterinarijos ligoninėse naudojant šią medžiagą buvo gydomi sulūžę paukščių sparnai. Be to, pradėti vykdyti bandymai, kurie ateityje padėtų atauginti pažeistus paukščių sparnų kaulus.

„Įsitikinus, kad sintetinis kalcio karbonatinis hidroksiapatitas puikiai dera su gyvūnų organizmais, bus galima pradėti tyrimus su pažeistais žmogaus kauliniais audiniais. Apskritai visų šioje srityje atliekamų tyrimų rezultatai teikia vilčių, kad ateityje viskas bus įmanoma“, – teigia prof. A. Kareiva.

Pasak profesoriaus, nors ir mažais žingsneliais, šiandien mokslas artėja prie galimybės dirbtiniais būdais visiškai atstatyti pažeistus žmogaus kaulinius audinius, o šia tema aktyviai domisi ne tik VU Chemijos ir geomokslų fakulteto profesoriai ir dėstytojai, bet ir įvairių studijų pakopų studentai, kurie gali panašius tyrimus vykdyti savo bakalauro ir magistro baigiamuosiuose darbuose. Be to, studentai yra skatinami prisijungti prie tarptautinių projektų tyrimų, kur gali įgyti neįkainojamos patirties, o gal ir išsirinkti ateities mokslinių tyrimų objektą.