Celuloza bakteryjna jak sztuczna skóra

Celuloza jest pierwszym materiałem spełniającym wymagania stawiane nowoczesnym opatrunkom, który jest wytwarzany na drodze biotechnologicznej, przy wykorzystaniu bakterii octowych Acetobacter xylinum.
Bakterie te wyposażone są w enzym - syntazę celulozową, który katalizuje reakcję polimeryzacji cząsteczek glukozy zawartych w podłożu hodowlanym w liniowy polisacharyd - b-1,4 glukan gromadzący się poza komórką. Z takich łańcuchów glukanowych, łączących się w procesie krystalizacji w mikrofibryle o szerokości 40-60 nm, zbudowana jest struktura celulozy bakteryjnej (CB).
W zależności od zastosowanej metody hodowli bakterii, produkt celulozowy może być wytwarzany w formie płata o dowolnej powierzchni, rurek o zróżnicowanej średnicy, kulek, pulpy. Płaty celulozowe wytwarzane w warunkach hodowli stacjonarnej, po procesie oczyszczania stanowią gotowy do użycia materiał opatrunkowy zbudowany z wysokokrystalicznej a-celulozy.
Silne uwodnienie błony celulozowej (woda stanowi ok. 97 proc. suchej masy) sprawia, że przypomina ona napęczniałą skórę o bardzo gładkiej powierzchni i dlatego też przyjęły się jej określenia ?sztuczna skóra" lub ?płaszcz wodny".

Powstrzymać utratę płynów

Wyniki badań klinicznych związanych ze stosowaniem celulozy bakteryjnej jako opatrunku, uzyskane z Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach ląskich, potwierdzają przydatność błon celulozowych jako materiału opatrunkowego, szczególnie w leczeniu ran oparzeniowych (pisaliśmy o tym w numerze 14 (47) Pulsu Medycyny). Takie zastosowanie celulozy bakteryjnej uzasadniają jej właściwości spełniające standardy nowoczesnych opatrunków.
Opatrunek taki charakteryzuje się wysoką czystością, elastycznością, wytrzymałością, porowatością, a także jest przepuszczalny dla gazów, co uniemożliwia rozwój bakterii beztlenowych w miejscach nim zabezpieczonych. Jednocześnie materiał ten jest nieprzepuszczalny dla drobnoustrojów z zewnątrz i chroni ranę przed wtórną infekcją. Po położeniu na ranę oparzeniową sprawia, że tkanki nekrotyczne są stale zwilżane, co sprzyja ich lepszemu rozpuszczeniu i wchłonięciu przez pęczniejący materiał opatrunkowy. Opatrunek z CB ochrania także organizm przed utratą płynów ustrojowych poprzez zabezpieczenie pozbawionych skóry powierzchni ciała. Ma to ogromne znaczenie dla chorych leczonych z powodu rozległych oparzeń. Powstrzymanie utraty płynów ustrojowych tą drogą u takich chorych jest jednym z największych problemów związanych z ranami oparzeniowymi. Szybka utrata płynów przy tego rodzaju zranieniach jest przyczyną częstych zgonów pacjentów.

Wymiana mniej bolesna

Silne uwodnienie materiału zapewnia dobry efekt kosmetyczny, gdyż utrzymuje wilgotne środowisko konieczne do stymulowania procesów naprawczych związanych z pokrywaniem się rany nowym naskórkiem, a prawidłowe podziały fibroblastów nie prowadzą do powstawania blizn przerostowych po zagojeniu rany. Opatrunek celulozowy łagodzi ból w trakcie leczenia, a także doznania bólowe związane z jego wymianą. Podczas wymiany opatrunek z celulozy bakteryjnej nie powoduje uszkodzenia odnawiających się tkanek, co świadczy o jego dobrej tolerancji w ranie.
Opatrunek celulozowy nie zawiera produktów pochodzenia zwierzęcego. Nie jest toksyczny i nie wywołuje reakcji alergicznych. Można go wytwarzać w dowolnych kształtach i rozmiarach. Duża elastyczność materiału umożliwia zaopatrywanie ran w miejscach ?niewygodnych", takich jak pachwiny czy przestrzenie międzypalcowe dłoni. Modyfikowanie błon w celu zabezpieczenia opatrunku przed szybkim wysychaniem (fot. z lewej) poprawia jego właściwości samoprzylepne, stopień przezroczystości, umożliwiając oszacowanie stanu rany bez potrzeby częstej wymiany opatrunku.

Nie tylko oparzenia

Modyfikacja zwiększa też możliwości chłonięcia płynów wysiękowych (do 80 proc. wagi pierwotnej opatrunku), dzięki czemu rozszerza się znacznie zastosowanie CB do zaopatrywania innego rodzaju ran, np. owrzodzenia podudzi. Chłonność i objętość wchłaniania jest jedną z najważniejszych właściwości tak zmodyfikowanej celulozy. Od tego w dużym stopniu zależy skuteczność oczyszczania rany. Bardzo istotne jest to, że wysięk po wchłonięciu pozostaje w strukturze materiału i może być usunięty wraz z opatrunkiem podczas jego zmiany.
Możliwość nasycania błon antyseptykami i antybiotykami wpływa na przyspieszenie procesu gojenia ran. Właściwości adhezyjne celulozy bakteryjnej umożliwiają wykorzystanie jej jako nośnika dla wiązania komórek i ich namnażania. Rusztowanie dla komórek mogą stanowić naniesione na powierzchnie błon odpowiednie białka, np. kolagen lub fibronektyna.
Istnieje także możliwość modyfikacji błon celulozowych w celu nadania im dodatniego ładunku powierzchniowego przez wiązanie poli-L-lizyny. Ze względu na ujemnie naładowaną powierzchnię komórek zwierzęcych następuje ich adhezja do tak zmodyfikowanej powierzchni materiału celulozowego.
Błony celulozowe mogą być również wykorzystane jako nośnik substancji specyficznie rozpoznawanych przez receptory odpowiednich komórek.

CB w innych technologiach

Obiecującym kierunkiem w rozwoju inżynierii medycznej wydaje się możliwość wykorzystania rurek z celulozy bakteryjnej do protezowania naczyń krwionośnych o małym przekroju oraz w procesie konstrukcji sztucznych narządów. Czynnikiem korzystnym jest również możliwość użycia tanich surowców (nawet odpadowych) do produkcji celulozy bakteryjnej oraz biodegradowalność materiału.
Biorąc pod uwagę wysoką czystość chemiczną, wysoki stopień pęcznienia, możliwość wyodrębnienia elementarnych fibryli, celuloza bakteryjna może znaleźć zastosowanie w innych technologiach. Przykładem może być produkcja materiałów filtracyjnych, szczególnie do filtracji substancji krwiopochodnych aerozoli, produkcja papierów trwałych pergaminowych, preszpanu. W przemyśle spożywczym może służyć jako błonnik pokarmowy, a w przemyśle kosmetycznym - jako wypełniacz kremów i maseczek nawilżających.

Technologia z medalem
Badania nad biosyntezą i aplikacja celulozy bakteryjnej prowadzone są w Instytucie Biochemii Technicznej Politechniki Łódzkiej. Były one tematem grantów finansowanych przez Komitet Badań Naukowych w latach 1994-1996, 1997-1999, 2003-2005, 2004-2006.
Materiał celulozowy wyprodukowany zgodnie z opracowaną technologią otrzymał puchar Międzynarodowych Targów Łódzkich za najlepszy produkt targów w kategorii nowe technologie i złoty medal na targach Brussels Eureka 2004.