Technologie pomáhají naplnit medicínské vize

Ing. David Salamon, Ph. D.

V brněnském výzkumném centru CEITEC byl loni zahájen mezinárodní výzkumný projekt zaměřený na šetrnější léčbu zlomenin nebo kostí poškozených rakovinou. V rámci brněnského týmu se na vývoji podílí Ing. David Salamon, Ph. D. Hovoříme s ním o jeho objevech v oblasti keramických materiálů, které otevírají nové terapeutické možnosti.

Na jakou oblast medicíny se zaměřuje výzkum, na němž v CEITEC pracujete?

Mezinárodní projekt se týká léčby různých typů poškození kostí. Těch je řada a podle toho se přistupuje k jejich léčbě – například u plotýnek dochází k jejich znehybnění či nahrazení. Vedle toho se objevují vady, v jejichž důsledku část kosti chybí nebo je v ní z různých příčin otvor. Podle velikosti defektu se používají různé typy kostních náhrad. Pokud je defekt v kosti malý, při odstraňování takových vad se uplatňuje prášek složený z mikroskopických keramických granulí jako výplň. U větších defektů se používá vlastní kostní tkáň pacienta, která je velmi dobře snášena. Pro organismus to však znamená trauma, navíc není možné přesně rekonstruovat původní tvar. V případě otvoru v kosti nejsou tak velké nároky na mechanickou pevnost, ta je nutná u větších vad, kdy materiál musí vydržet mechanickou zátěž do doby, než sroste s kostí.

Co je konkrétně náplní projektu?

Zaměřujeme se na metodu přípravy struktur pro odstranění vad kostí pomocí počítače. Kost pacienta se naskenuje, určí se přesně defekt, ten je pak převeden do 3D modelu a tento model se tiskne, případně se pomocí počítače obrobí. Jde o to, aby tvar i materiál byly vytvořeny přesně na míru pro daného pacienta. V rámci Středoevropského technologického institutu (CEITEC) v Brně pracuje skupina Pokročilé keramické materiály a do projektu vstupujeme s materiály z keramiky a kompozitů keramika-polymer. Jako modelovou kost jsme si vybrali čelist a na ni se snažíme aplikovat metodu rapid prototyping.

Vaší specializací v materiálové oblasti jsou keramické mikrogranule. V čem spočívá jejich přínos?

Myšlenka, že mikrogranule budou při léčbě funkční, není nová. Výhodou u nás vyvinutých mikrogranulí je, že mají uvnitř kanálek, což zvyšuje porozitu tak, aby do kosti mohl přicházet dostatek živin nutných pro rozvoj buněk. Ta pak má schopnost fungovat jako normální živá kost – prášek z mikrogranulí se smíchá s krví a úlomky kostí a výsledkem by mělo být rychlejší srůstání a hojení.

Projekt je mezinárodní; jací odborníci v jeho rámci spolupracují?

Tříletý mezinárodní projekt, ve kterém jsou kromě nás zapojeni odborníci z Německa, Španělska, Švédska a Číny, spojuje pracovníky z různých oborů. V týmu jsou jednak biochemici, kteří se zabývají buňkou a jejími reakcemi na materiál, vedle toho tam působí chirurgové z praxe, kteří se na problém dívají z pohledu léčby pacienta, techniky operace a hojení. Diskuse se vedou dlouho, protože každý odborník mluví trochu jiným jazykem, vzájemné pochopení přitom ale musí být úplné. Mikrogranule, kterými se zabývám, se používají dvojím způsobem. Nejdříve se doplňují s pomocí biopolymeru v Německu a pak je lze přímo použít buď přímo do malých defektů, například do otvorů v kosti jako výplň, nebo pro 3D tisk kostí. Ten se realizuje ve Španělsku, výsledkem je vnější tvar použitelný jako náhrada kosti. Zatím jde o menší kosti s rozměry do dvou centimetrů. Oblast biochemie zajišťují odborníci v německé Mohuči, kromě toho se na projektu podílejí chirurgové z Číny.

Co řeší čínský tým? Jaký je jeho přínos pro výzkum?

Výhodou spolupráce s čínskými lékaři je množství dat, která dokáží zajistit. V Pekingu je obrovská nemocnice, jíž projdou 2 tisíce pacientů denně. Tím je zajištěno velké spektrum zkušeností a údajů a výzkum tak může postupovat rychleji. Sledovali jsme například postup odejmutí kostí při rakovině čelisti, což není úplně častá diagnóza, takže v menším provozu by získávání informací trvalo mnohem déle. Čínští kolegové se ovšem zaměřují nejen na sběr dat, ale i na formulování požadavků pro další týmy. Výsledkem výzkumu by měla být mimo jiné guided surgery (řízená chirurgie). Znamená to, že se připraví nejen náhrada, ale navíc se vytvoří přesně definovaný postup pro lékaře, aby věděl, co ho čeká, a mohl zvolit co nejšetrnější způsob zásahu. Tuto část zajišťují účastníci projektu ve Švédsku, kteří tento přístup zavádějí nejen u náhrad kostí. Důvodem pro zavádění guided surgery je i tlak na rychlost výcviku lékařů a snížení chybovosti.

V minulosti jste se zabýval výzkumem, který s medicínou nijak nesouvisel. Jak jste se dostal k práci v lékařské oblasti a jak vypadá komunikace s odborníky v medicíně?

Dlouhodobě se zabývám materiály a metodami, které jsou přenosné do průmyslu. Takové materiály se však mohou uplatnit i v medicíně. V současném projektu nejprve lékaři a biochemici definovali úkol a pak jsme dávali dohromady jejich představy s možnostmi materiálu – roli hrály například požadavky na porozitu či velikost mikrokanálku v granuli. Mým úkolem je tyto představy naplnit. Lékaři mají vizi, ale nevědí, co lze v materiálu realizovat ani jak toho dosáhnout. Vědí, jak buňka interaguje s materiálem a mým úkolem je udělat v kombinaci s takovým materiálem správný tvar.

Kdy lze očekávat uplatnění výsledků projektu v praxi?

Nyní jsme v prvním roce tříletého projektu, první setkání týmu se uskuteční letos v dubnu. Pokud jde o uplatnění výsledků v medicínské praxi, lze říci, že za tři roky se klinické testy nestihnou. Výsledky testů na zvířatech již ovšem k dispozici budou a to určí, jakým směrem bude výzkum dál pokračovat.

Jsou finance určené na projekt dostatečné?

Projekt je financován z fondů Evropské unie, náš tým v CEITEC získal 10 milionů korun na 3 roky včetně spolufinancování z českých zdrojů. Vzhledem k tomu, že z těchto prostředků není nutné nakupovat přístroje, je to relativně dost. Projekt ale chápeme také jako začátek dlouhodobější práce. Tři roky výzkumu v oboru medicíny nejsou nijak dlouhá doba a předpokládám, že budeme pokračovat i po uplynutí času určeného na aktuální projekt.

Jak složitá byla administrativa přípravy projektu?

Evropské projekty jsou ve srovnání s českými v něčem komplikovanější, v něčem naopak jednodušší. Jejich výhodou je, že nekončí striktně na konci kalendářního roku, podávání projektů je ale složitější. Výhodou toho našeho bylo, že jeho přípravu koordinovali Němci, kteří s tím mají bohaté zkušenosti.


Ing. David Salamon, Ph. D., je absolventem Fakulty chemické VUT v Brně, v současnosti se zabývá nanomateriály. Působil ve Švédsku na Stockholmské univerzitě a v Nizozemsku na Twentské univerzitě, nyní pracuje v CEITEC ve skupině Pokročilé keramické materiály.

Ohodnoťte tento článek!