Uniwersytet Śląski w Katowicach

W sytuacji zagrożenia życia, gdy płuca pacjenta przestają działać, można zastosować technikę ECMO (ang. ExtraCorporeal Membrane Oxygenation). Polega ona, mówiąc najogólniej, na sztucznym dostarczaniu tlenu do organizmu i odprowadzaniu dwutlenku węgla w momencie, gdy ciało człowieka nie jest w stanie samoczynnie wykonać tej czynności. W takich przypadkach trzeba zastosować urządzenie służące pozaustrojowemu utlenowaniu krwi. Jest to układ składający się ze specjalnych pomp i oksygenatora.

Jest to jednak technika mocno inwazyjna i jednocześnie obarczona wysokim ryzykiem, dlatego stosuje się ją w ostateczności, gdy zawiodą inne metody ratowania życia pacjenta z niewydolnością oddechową lub krążeniową. Może być także stosowana w przypadku skomplikowanych operacji kardiochirurgicznych wymagających zewnętrznego utlenowania krwi. Obecnie technikę ECMO wykorzystuje się również do ratowania życia pacjentów ciężko przechodzących chorobę COVID-19 wywołaną wirusem SARS-CoV-2.

Jednym z problemów dotyczących tego typu rozwiązań były zastosowane w oksygenatorach membrany, wykonane najczęściej z polipropylenu lub poliuretanu, które nierzadko doprowadzały do powstawania reakcji zapalnej. W wyniku tego procesu na powierzchni materiału pojawiały się skrzepliny krwi zatykające pory membrany, co z kolei wymagało zwiększenia stężenia tlenu dla utrzymania odpowiedniego poziomu saturacji krwi. Efektem był nasilający się stres oksydacyjny powodujący jeszcze większe wykrzepianie krwi, w wyniku czego coraz bardziej zatykana membrana przestawała w końcu pełnić swoją funkcję.

Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach oraz Akademii Wychowania Fizycznego im. Jerzego Kukuczki w Katowicach zaproponowali szereg interesujących rozwiązań, polegających na modyfikacji struktury membrany stosowanej w oksygenatorach. Inspiracją dla tej grupy wynalazków były materiały stosowane już powszechnie w odzieży sportowej czy sprzęcie outdoorowym. Efektem współpracy naukowców są organiczne membrany wykonane z różnych materiałów o porowatej strukturze, które przepuszczają jedynie cząstki o określonej wielkości i są zaprojektowane z myślą o zastosowaniach medycznych.

– Nasze autorskie rozwiązania mają również właściwości przeciwzapalne i przeciwkrzepliwe. Już na poziomie produkcji membrany możemy „wtłaczać” w jej pory określone farmaceutyki. Jeśli zatem podczas procesu utlenowania krwi pojawią się skrzepliny zatykające pory membrany, wówczas dojdzie do uwolnienia przeciwzapalnego i przeciwzakrzepowego czynnika. Z jednej strony skrzeplina będzie się stopniowo rozpuszczać. Z drugiej – pory wypełnione pierwotnie lekiem zostaną odblokowane i mogą dalej przepuszczać gazy, takie jak tlen czy dwutlenek węgla. Dzięki temu oksygenator działa dłużej, co bezpośrednio zwiększa szanse przeżycia pacjenta – wyjaśnia dr hab. Andrzej Swinarew, prof. UŚ, współautor rozwiązań.

Na cykl wynalazków, które zostały objęte ochroną patentową, składają się różne materiały wraz ze sposobem ich otrzymywania, z których mogą być tworzone membrany do oksygenatorów. W poszczególnych wynalazkach uwzględniane są również różne farmaceutyki o właściwościach przeciwzapalnych i przeciwzakrzepowych. Materiały projektowane były z myślą o zastosowaniach medycznych.

Obecnie rozwiązania te są w fazie testowej. We wrześniu 2022 roku zostały zaprezentowane w ramach prestiżowej konferencji Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) pn. „Leading ECMO Globally”, zorganizowanej w Bostonie, podczas której spotkali się przedstawiciele międzynarodowych instytucji opieki zdrowotnej, naukowcy oraz partnerzy przemysłowi z całego świata.

Autorami opatentowanego cyklu wynalazków są: dr hab. Andrzej Swinarew, prof. UŚ, mgr Jadwiga Gabor, dr Hubert Okła, dr Barbara Szpikowska-Sroka oraz dr hab. Magdalena Popczyk, prof. UŚ z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, a także dr hab. Szymon Skoczyński i dr Ewa Trejnowska ze Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach oraz dr hab. Arkadiusz Stanula, prof. AWF z Akademii Wychowania Fizycznego im. Jerzego Kukuczki w Katowicach.

Naukowcy opracowali specjalną membranę, która usprawni działanie urządzenia do sztucznego utlenowania krwi, stosowanego w technice ECMO. Jest ona wykorzystywana do ratowania życia pacjentów ciężko przechodzących chorobę COVID-19 wywołaną wirusem SARS-CoV-2. Stosuje się ją także w przypadku operacji serca | fot. Unsplash