Spis publikacji wchodzących w skład osiągnięcia naukowego

4. Wskazanie głównego osiągnięcia naukowego

4.1.Tytuł głównego osiągnięcia naukowego

Osiągnięcie naukowe przedstawione jako jednotematyczny cykl trzech prac, opublikowanych po uzyskaniu stopnia doktora nauk medycznych pod wspólnym tytułem: Badania nad otrzymywaniem nowych biomateriałów dla potrzeb laryngologii: włókniste materiały kompozytowe na implanty głosowe i słuchowe oraz nanomateriały jako podłoża dla inżynierii tkankowej

4.2. Spis publikacji wchodzących w skład osiągnięcia naukowego

1. Wojciech Smolka, Michal Dworak, Bartlomiej Noworyta, Maciej Gubernat, Jaroslaw Markowski, Marta Blazewicz, Mechanical and biological assessement of carbon fiber- reinforced PEEK composite materials intended for laryngeal prostheses, Engineering of Biomaterials / Inżynieria Biomateriałów, 2019: T.22, No.151, s.2-8

[MNiSW=20]

2. Wojciech Smolka, Agnieszka Panek, Maciej Gubernat, Aneta Szczypta-Fraczek, Piotr Jelen, Czeslawa Paluszkiewicz, Jaroslaw Markowski, Marta Blazewicz, Structure and biological properties of surface-engineered carbon nanofibers, J.Nanomater, 2019 : Vol.2019, ID 4146190, p.1-14

[IF=2.223; MNiSW= 70]

3. Wojciech Smolka, Elzbieta Dlugon, Piotr Jelen, Wiktor Niemiec, Agnieszka Panek, Czeslawa Paluszkiewicz, Barbara Zagrajczuk, Elzbieta Menaszek, Jaroslaw Markowski,Marta Blazewicz, Carbon Nanofibers Coated with Silicon/Calcium-Based Compounds for Medical Application, J.Nanomater, 2019 : Vol.2019, ID 8796583, p.1-11

[IF-2.223, MNiSW= 70]

[Łączny IF=4.446: MNiSW= 160]

5 4.3. Omówienie głównych wyników badań publikacji włączonych do osiągniecia

naukowego

4.3.1. Wprowadzenie do zagadnienia badawczego podjętego w cyklu trzech publikacji

Tematyka podjęta w trzech współautorskich pracach dotyczy zasadniczo badań nad opracowaniem nowych materiałów pod kątem możliwych zastosowań w laryngologii. Badania, wynikiem których powstały trzy publikacje są następstwem wieloletniej współpracy interdyscyplinarnych zespołów badawczych z Katedry Biomateriałów i Kompozytów, Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademii Górniczo-Hutniczej, Katedry i Kliniki Laryngologii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego oraz zespołu biologów z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie i Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie.

Wyniki badań prezentowane w tych pracach dotyczą zagadnień materiałowych i biologicznych w zakresie możliwości opracowania nowej generacji materiałów wykorzystujących dotychczasową wiedzę, wyniesioną z takich dziedzin techniki i medycyny jak: inżynieria materiałów, nanomateriały, inżynieria tkankowa i nanomedycyna. Badania zostały ukierunkowane na opracowanie kilku rodzajów nowej generacji materiałów, których zarówno potencjalne przeznaczenie w laryngologii zastało w każdej pracy nakreślone, jak i wymagania materiałowe, biologiczne i kliniczne sprecyzowane, a prowadzone eksperymenty zostały zaplanowane pod kątem przyszłego ich wykorzystania w praktyce.

Rozwój nanotechnologii i nanomateriałów zapowiada w najbliższej przyszłości zasadnicze zmiany w metodach leczenia i diagnostyki medycznej.

Nanomedycyna otwiera nowe możliwości w leczeniu chorób nowotworowych, choroby Alzheimera, choroby Parkinsona, w leczeniu chorób narządów i tkanek, w ich procesach regeneracyjnych i rekonstrukcyjnych. Badania w tej dziedzinie zmierzają do wprowadzania nowych technik diagnostyki oraz rozbudowanej prewencji chorób cywilizacyjnych i bezinwazyjnych metod terapii. Nanomedycyna jako dziedzina wiedzy jest związana z inżynierią tkanek i inżynierią nowych biomateriałów opartych na nanomateriałach. Według aktualnego stanu wiedzy nanomateriały należą do tej grupy materiałów, które mogą znaleźć zastosowanie

6 m.in. w medycynie regeneracyjnej, wykorzystującej różne metody leczenia. Celem medycyny regeneracyjnej jest leczenie poprzez zastępowanie lub regenerację komórek zmienionych chorobowo (terapia komórkami macierzystymi, inżynieria tkankowa), lub regeneracja organizmu za pomocą terapii genowej. Medycyna regeneracyjna jest interdyscyplinarną dziedziną wiedzy stwarzającą pacjentom nadzieję na opracowanie nowych, innowacyjnych metod leczenia chorób, dotąd uznawanych za nieuleczalne metodami konwencjonalnym. Metody te mają na celu zwalczenie nie tylko symptomów chorób, ale również ich przyczyn, najczęściej mających podłoże genetyczne.

Szczególnie interesującą grupą materiałów dla tej dziedziny medycyny, wytwarzanych według nowych reguł i zasad technologicznych, opracowanych dla materiałów o wymiarze nanometrycznym, są formy włókien o wymiarze nanometrycznym. Materiały wytworzone z takich form włókien, naśladujące macierz pozakomórkową, przypominającą włókna kolagenowe naturalnej macierzy, są szczególnym obiektem zainteresowania takich materiałów jako podłoży do procesów regeneracyjnych tkanek. Prowadzone są badania dotyczące opracowania nowych rusztowań z nanowłókien dla procesów regeneracyjnych tkanki kostnej, chrzęstnej i nerwowej. Nanowłókna, pozwalające formować specyficzną architekturę przestrzenną znajdują dzisiaj coraz szersze zastosowanie w wielu nowych dziedzinach medycznych. Oprócz medycyny regeneracyjnej i inżynierii tkankowej, ich przydatność została już potwierdzona w takich zastosowaniach, jak kierowana regeneracja tkanek (ang. guided tissue regeneration, GTR), nośniki leków (ang. drug delivery systems, DDS), membrany, materiały opatrunkowe, a także w zaawansowanych systemach filtrujących i czyszczących (aktywne membrany).

Przedmiotem badań podjętych w niżej opisanych publikacjach są trzy formy materiałów, których wspólnym mianownikiem jest włóknisty węgiel, dla trzech kierunków badawczych związanych z laryngologią: materiały na implanty głosowe, materiały elektrodowe dla elektrostymulacji i materiały na podłoża dla inżynierii tkanek kostnych lub kostno-chrzęstnych. W pierwszej pracy opisano doświadczenia dotyczące opracowania nowych, niemetalicznych materiałów kompozytowych złożonych z mikrowłókien węglowych (włókna o średnicach rzędu od kilku do kilkunastu mikrometrów) i biozgodnego polimeru typu polieteroeteroketonu, jako potencjalnego tworzywa na implanty głosowe. Proponowana kompozycja

7 materiałowa została dodatkowo modyfikowana nanorurkami węglowymi, a celem tej modyfikacji był oczekiwany efekt poprawy właściwości mechanicznych, a także biologicznych. Ten ostatni zakładał, dzięki obecności składnika węglowego, uzyskanie powierzchniowych właściwości bakteriostatycznych. W dwóch pozostałych opracowano i zbadano wybrane właściwości biologiczne i fizyczne mat węglowych, złożonych z nanowłókien węglowych (włókna, których średnice mają wymiary nanometryczne, tj. poniżej 1000 nm), jako potencjalnych materiałów na elektrody dla implantów słuchowych, mogące mieć potencjalne zastosowanie w procesach elektrostymulacji oraz poprzez odpowiednią modyfikację jako bioaktywne podłoża komórkowe. Wszystkie trzy prace były realizowane w interdyscyplinarnych zespołach badawczych.

4.3.2. Opis publikacji i osiągniętych wyników

Wojciech Smolka, Michal Dworak, Bartlomiej Noworyta, Maciej Gubernat, Jaroslaw Markowski, Marta Blazewicz, Mechanical and biological assessement of carbon fiber- reinforced PEEK composite materials intended for laryngeal prostheses

Mój wkład w powstanie pracy polegał na uczestnictwie w opracowaniu planu pracy, opracowaniu opisu stanu wiedzy do części literaturowej nt. protez głosowych, zaplanowaniu badań materiałowych pod kątem możliwości wytworzenia protez głosowych, interpretacji wyników badań in vitro i uczestnictwie w redakcji manuskryptu.

Krtań jest kluczowym elementem górnych dróg oddechowych zapewniającym swobodny przepływ powietrza w kierunku tchawicy i oskrzeli.

Spełnia również istotną funkcję w tworzeniu głosu i mowy. U człowieka wydolna, rozumiana przez otoczenie mowa jest podstawowym czynnikiem prawidłowego społecznego funkcjonowania. Rak krtani jest najczęściej występującym rakiem płaskonabłonkowym w obrębie głowy i szyi (Head and Neck Squamous Cell Carcinoma - HNSCC). Stanowi on siódmy najczęściej występujący nowotwór złośliwy w populacji męskiej w Polsce, a według danych Krajowego Rejestru Nowotworów w 2010 r. stwierdzono 2200 nowych przypadków tego nowotworu, a

8 przeszło 1500 osób zmarło w jego następstwie. W leczeniu chorych o dużym zawansowaniu klinicznym raka krtani- pomimo rozwoju metod radioterapii- nadal wykorzystuje się laryngektomię całkowitą. Jest to zabieg okaleczający, w następstwie którego dochodzi do całkowitego usunięcia krtani. Pozbawienie chorego krtani wiąże się m.in. ze zmianą sposobu oddychania- po zabiegu drogi oddechowe zaczynają się na poziomie tchawicy, a powietrze wdychane nie zostaje oczyszczone. Chory laryngektomowany pozbawiony zostaje podstawowego narządu zaangażowanego w wytwarzanie głosu. Od wielu lat w rehabilitacji mowy chorych laryngektomowanych wykorzystywane są protezy głosowe. Implantacja protezy polega na wytworzeniu przetoki komunikującej tchawicę z przełykiem co umożliwia rozwój mowy tchawiczoprzełykowej. W obrębie uzyskanej przetoki umieszcza się protezę głosową, która funkcjonuje jako jednostronny układ zastawkowy, powodując przepływ powietrza wyłącznie od strony tchawicy do przełyku. Zapobiega tym samym zwrotnemu wnikaniu treści pokarmowej z przełyku do tchawicy. Drgania śluzówki przełyku wywołane prądem powietrza są następnie przekazywane do gardła i jamy ustnej, gdzie przekształcane zostają w zrozumiałą dla otoczenia mowę [2, 3, 4]. W Polsce najczęściej stosowane są silikonowe protezy Provox (Atos Medical AB, Hörby, Szwecja) i Blom-Singer (InHealth Technologies, Carpinteria, CA, USA).

Stosowanie protez głosowych w specyficznym środowisku śluzówek tchawicy i przełyku wiąże się z ich ograniczoną „żywotnością”. Oznacza to że wszczepione protezy wymagają okresowej wymiany z powodu obniżenia swej jakości i ograniczenia w funkcjonowaniu. Według danych literaturowych średni czas przydatności do użytku wszczepionej protezy wynosi 3-6 miesięcy. Po tym czasie protezę należy wymienić. Ograniczenia funkcjonowania protezy w miarę jej użytkowania są spowodowane czynnikami związanymi z właściwościami samej protezy, m.in. dysfunkcją mechaniczną układu zastawkowego w następstwie powstawania biofilmu oraz czynnikami zależnymi od „dobrostanu” przetoki, związanymi z właściwościami tkanek otaczających przetokę, tj. nadkażeniem miejsca wszczepienia, wytwarzaniem ziarniny wokół protezy i powiększaniem się przetoki wiodące do wydalenia jej do przełyku lub tchawicy.

Do podstawowych cech decydujących o żywotności protezy należy jakość silikonu użytego do jej produkcji oraz wydolność i siła układu zastawkowego. Jedną z najważniejszych przyczyn prowadzących do upośledzenia funkcjonowania

9 protezy głosowej jest tworzenie blaszki tzw. biofilmu, która wrasta w materiał protezy i obniża jej właściwości kinetyczne. Biofilm to wyspecjalizowana kolonia bakterii i/lub grzybów produkujących pozakomórkową macierz. Ograniczenie wydolności układu zastawkowego protezy głosowej pokrytej biofilmem powoduje ryzyko aspiracji treści pokarmowej do tchawicy oraz zmniejszony przepływ powietrza przez zastawkę. Zapobieganie tworzenia się biofilmu na powierzchni protezy jest jednym z kierunków badań nad poprawą trwałości protez głosowych.

Przykładem jest zastosowanie silikonu wzbogaconego 7% dodatkiem tlenku srebra, który znany jest z hamujących właściwości mikrobiologicznych. Protezą wykorzystującą bakteriostatyczne właściwości tlenku srebra jest Blom-Singer®

Dual Valve ™ [8].

Uszkodzenie błony śluzowej tchawicy podczas stosowania protez głosowych może prowadzić do ziarninowania wokół przetoki tchawiczo-przełykowej. Dlatego odpowiedni projekt protezy, który minimalizuje ryzyko uszkodzenia błony śluzowej, może wydłużyć jej żywotność. Taką modyfikację zastosowano w protezach Provox® Vega ™, które są wykonane z polimerów PTFE [9].

W świetle literatury dotyczącej implantów głosowych, jak do tej pory zostało przebadanych stosunkowo niewiele materiałów. Z tego względu autorzy niniejszej publikacji podjęli badania nad opracowaniem nowego materiału w formie kompozytu, złożonego z osnowy polimerowej PEEK i włókien węglowych, jako potencjalnego tworzywa syntetycznego na protezy głosowe. Inspiracją do wyboru materiału kompozytowego były dotychczasowe doświadczenia zespołu badawczego Katedry Biomateriałów i Kompozytów (WIMiC, AGH Kraków) oraz Katedry i Kliniki Laryngologii Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach nad opracowaniem nowych materiałów dla laryngologii [1, 2]. Nie bez znaczenia był także wybór składników kompozytu, jako materiału na protezę głosową. Z jednej strony doniesienia literaturowe wskazują, że matryca polimerowa PEEK charakteryzuje się właściwościami hamującymi rozwój biofilmu w miejscu implantacji [3, 4] z drugiej zaś dotychczasowe, wcześniejsze badania własne autorów tej publikacji wykazały, że komponent węglowy może pełnić funkcję materiału bakteriostatycznego, tzn. takiego, w środowisku którego bakterie nie rozwijają się. Kompozyty wytwarzane przy użyciu różnych form włókien węglowych i matrycy PEEK oferują szerokie możliwości projektowania

10 architektury przestrzennej oraz właściwości biologicznych, fizycznych i mechanicznych, prowadzących do uzyskania optymalnie dopasowanych implantów do pracy w środowisku tkanek. Kompozyty takie można wytwarzać z wysokim stopniem anizotropii, jako lekkie materiały, o właściwościach fizycznych zbliżonych do właściwości zastąpionej tkanki. Wszystkie te formy węgla w postaci włókna węglowego wydają się korzystne w opracowywaniu materiałów kompozytowych do różnych zastosowań medycznych [5–8]. Istotnym czynnikiem determinującym ich potencjalne zastosowanie jako protez głosowych było określenie ich trwałości (starzenia się) w warunkach obciążeń dynamicznych, w środowisku biologicznym. Zjawisko nadmiernego starzenia jest jednym z ograniczeń dotychczas stosowanych protez głosowych wytwarzanych z silikonu.

Zakres badań przeprowadzony w ramach tej publikacji dotyczył zagadnienia wytwarzania kompozytu z polimeru PEEK i różnych form węgla (włókno węglowe długie, i nanorurki węglowe, które pozwoliły wytworzyć kompozycje o architekturze izotropowej i anizotropowej), oceny trwałości kompozytu w warunkach dynamicznych symulujących środowisko biologiczne (płyn fizjologiczny, temperatura 37^oC) oraz oceny biozgodności w warunkach in vitro. Przeprowadzone testy pozwoliły określić możliwość wykorzystania kombinacji różnych składników węglowych i polimeru PEEK pod kątem wytwarzania protezy głosowej i także biozgodności zastosowanego materiału w warunkach in vitro. Szczególnie interesującym i oryginalnym osiągnięciem doświadczeń prowadzonych w ramach zespołu było wykazaniem pozytywnego działania komponentu węglowego w postaci nanorurek węglowych wprowadzonych do matrycy polimerowej. Nanorurki poprawiały wyraźnie jednorodność materiałów kompozytowych, dzięki zaobserwowanemu zmniejszeniu odchylenia standardowego parametrów mechanicznych od wartości średniej.

Można oczekiwać, że dzięki obecności nanorurek węglowych i także komponentu węglowego w formie włókien takie kompozycje będą wykazywały właściwości bakteriostatyczne, co będzie przedmiotem dalszych badań. Plan dalszych badań zakłada także przeprowadzenie testów określających zdolności do tworzenia biofilmu oraz możliwości wytworzenia prototypu protezy głosowej.

Przeprowadzone badania w ramach tej pracy wykazały że zastosowane kompozycje są trwałe pod obciążeniem dynamicznym, znacznie przekraczającym naprężenia mechaniczne, które mogą powstawać w trakcie pracy protezy głosowej.

11 W szczególności dotyczy to kompozycji dodatkowo modyfikowanej nanorurkami węglowymi. Próbki zmodyfikowane nanorurkami węglowymi poprawiły jednorodność między warstwami węglowymi, co wykazano poprzez zmniejszenie standardowych odchyleń wartości średniej wytrzymałości i modułu.

Wyniki badań mechanicznych przy dynamicznych obciążeniach zginających wykazały, że propagacja fali ultradźwiękowej (do oceny procesu starzeniowego zastosowano nieniszczącą metodę badań za pomocą testów ultradźwiękowych) w materiałach kompozytowych zależy przede wszystkim od modułu sprężystości samych włókien węglowych i ich orientacji względem kierunku propagacji.

Materiały kompozytowe poddane obciążeniu dynamicznemu złożonemu wynoszącemu milion cykli zachowały swoją integralność mechaniczną, gdy maksymalna amplituda (ugięcie) zginania wynosiła 50% obciążenia niszczącego.

W kompozytach warstwowych (2D) bez nanorurek węglowych odnotowano niewielki wzrost odchylenia standardowego dynamicznego modułu sprężystego po próbie zmęczeniowej.

Testy biologiczne wykazały, że żywotność fibroblastów i osteoblastów określona w teście MTT, po tygodniu, jest nieco niższa w porównaniu z kontrolą i czystym polimerem. Na wartość żywotności ma wpływ zarówno rodzaj badanego materiału, jak i rodzaj linii komórkowej. Wykazano, że istotną rolę w badaniu żywotności próbek kompozytowych ma powierzchnia próbek. Spośród badanych komórek osteoblasty wykazują wyższą przeżywalność w porównaniu do fibroblastów. Ilość kolagenu I wytwarzanego przez osteoblasty w kontakcie z kompozytami jest wyższa niż ilość kolagenu I wytwarzanego przez te komórki w kontakcie z kontrolą i czystym polimerem. Generalnie, testy biologiczne wykazały, że czysty polimer charakteryzuje się nieco wyższą biozgodnością w porównaniu do kompozytów, jednak jest to głównie związane ze stanem fizycznym powierzchni próbek. Stan fizyczny powierzchni próbek charakteryzowany był na podstawie oceny zwilżalności w kontakcie z wodą i poprzez wyznaczenie parametru chropowatości. Badania wykazały, że powierzchnie materiałów kompozytowych są hydrofobowe, co może być korzystne ze względu na planowane zastosowanie jako protez głosowych, mianowicie powierzchnie hydrofobowe materiałów implantacyjnych zmniejszają oddziaływania chemiczne i fizyczne z otoczeniem biologicznym, co zmniejsza ryzyko niepożądanej odpowiedzi tkankowej.

12 Warto także zwrócić uwagę na rodzaj osnowy kompozytu stosowanej w naszych eksperymentach tj. polieteroeteroketon produkowany przez angielską firmę Victrex. Producent wytwarza PEEK do zastosowań medycznych produkowany pod marką InviBio jako linia produktów PEEK Optima. Odznaczają się one wysoką czystością chemiczną, posiadają certyfikat FDA (Food and Drug Administration – amerykańska Agencja ds. Żywności oraz Leków), oraz CE (znak spełniania Dyrektyw Nowego Podejścia Unii Europejskiej w zakresie Aktywnych Implantów Medycznych) dopuszczające go do stosowania w medycynie implantacyjnej. W naszych doświadczeniach wykorzystaliśmy polimer tej samej firmy, o nazwie handlowej Victrex PEEK 150PF który charakteryzuje się identycznymi właściwościami mechanicznymi i czystością jak wersja dla zastosowań medycznych. Polimer ten posiada atest FDA dopuszczający do kontaktu z żywnością i środkami spożywczymi. Może to być dodatkowym czynnikiem, który zapewni uzyskanie wyrobu w formie protezy głosowej i pożądanych właściwościach biologicznych.

Literatura:

1. Magiera A., Markowski J., Menaszek E., Pilch J., Blazewicz S.: PLA-based hybrid and composite electrospun fibrous scaffolds as potential materials for tissue engineering. Journal of Nanomaterials (2017) 1-11.

2. Dworak M., Blazewicz S.: Mechanical assessment of a hip joint stem model made of a PEEK/carbon fibre composite under compression loading. Acta of Bioengineering and Biomechanics 18(2) (2016) 71-79.

3. Hahnel S, Wieser A, Lang R, Rosentritt M., Biofilm formation on the surface of modern implant abutment materials., Clin Oral Implants Res. 2015 Nov;26(11):1297-301. doi: 10.1111/clr.12454. Epub 2014 Jul 24

4. Montero JF, Tajiri HA, Barra GM, Fredel MC, Benfatti CA, Magini RS, Pimenta AL, Souza JC, Biofilm behavior on sulfonated poly(ether-ether-ketone) (sPEEK), Mater Sci Eng C Mater Biol Appl.

5. Schwitalla AD, Spintig T, Kallage I, Muller WD. Flexural behavior of PEEK materials for dental application. Dental Materials 2015:31(11):1377-1384.

6. Brockett CL, Carbone S, Abdelgaied A, Fisher J, Jennings LM. Influence of contact pressure, cross-shear and counterface material on wear of PEEK and

13 CFR-PEEK for orthopeadic applications. Journal of the Mechanical

Behavior of Biomedical Materials 2016:63:10-16.

7. Nazimi AJ, Yusoff MM, Nordin R, Nabil S. Use of polyetheretherketone (PEEK) in orbital floor fracture reconstruction - A case for concern. Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, Medicine, and Pathology

2015:27(4):536-539.

8. Dworak, M., Bloch, M., Blazewicz, S.: Chemical and mechanical study of PEEK/carbon fibre composite, Engineering of Biomaterials. Polish J. 10 (69–72): 121–124 (2007)

Wojciech Smolka, Agnieszka Panek, Maciej Gubernat, Aneta Szczypta-Fraczek, Piotr Jelen, Czeslawa Paluszkiewicz, Jaroslaw Markowski, Marta Blazewicz;

Structure and biological properties of surface-engineered carbon nanofibers

Celem badań przedstawionych w publikacji było określenie wyselekcjonowanych właściwości jednej z nowych form węgla, jaką jest nanowłókno węglowe w aspekcie możliwej przyszłej aplikacji jako materiału elektrodowego dla potrzeb otolaryngologii. W szczególności przedmiotem badań były nanowłókna węglowe przewodzące prąd elektryczny do budowy wszczepialnych elektrod o zminiaturyzowanych rozmiarach, a także na ocenie możliwości wykorzystania takich form materiałowych do wytwarzania podłoża dla inżynierii tkankowej i terapii komórkami macierzystymi.

Mój wkład w powstanie pracy polegał na uczestnictwie w opracowaniu planu pracy, opisu stanu wiedzy do części literaturowej nt. materiałów stosowanych na implanty (59 poz. literaturowych w publikacji), zaplanowaniu badań materiałowych, udziału w interpretacji wyników badań in vitro i uczestnictwie w redakcji manuskryptu.

Współczesna medycyna stosuje coraz więcej rozwiązań terapeutycznych opartych na osiągnięciach nanotechnologii i nanomateriałów. Materiały

o zmniejszonych wymiarach do nanoskali, tj. nanomateriały, często charakteryzują się specyficznymi właściwościami fizycznymi i chemicznymi, które są szczególnie interesujące pod względem potencjalnych zastosowań medycznych [1].

Dotychczasowe badania nad nowymi formami nanomateriałów zaowocowały

14 opracowaniem szeregu nowych rozwiązań w dziedzinie terapii medycznych i diagnostyki, w tym bioczujników, wszczepialnych elektrod, materiałów na nośniki leków, terapii przeciwnowotworowej, a także opracowaniem nowych metod w inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej [2–4]. Rozwój i dotychczasowe sukcesy medycyny regeneracyjnej i inżynierii tkankowej są w dużej mierze następstwem osiągnięć nanotechnologii i stosowania nowych nanomateriałów [5].

Inżynieria tkankowa to dziedzina oparta na projektowaniu i wytwarzaniu specyficznych rusztowań biomimetycznych, odwzorowujących strukturę macierzy pozakomórkowej, często modyfikowaną środkami bioaktywnymi. Komórki zasiedlające takie rusztowanie tkankowe mają odpowiednie warunki do proliferacji i różnicowania.

W strukturze żywej tkanki endogenne pola elektryczne odgrywają ważną rolę w kontrolowaniu funkcji komórkowych, takich jak morfologia, ekspresja genów, proliferacja i migracja. Obecnie prowadzone są badania nad rozwojem alternatywnych procesów aktywacji komórkowej, a stymulacja elektryczna jest jednym z kierunków badań w inżynierii regeneracyjnej nerwów, a także w leczeniu mięśni szkieletowych w tym mięśnia sercowego [6-12]. Wykazano, że wprowadzenie stymulacji pola elektrycznego w leczeniu komórkowym jest korzystnym czynnikiem fizycznym, wpływającym na skuteczność metod inżynierii tkankowej. Takie wspomaganie w leczeniu chorych tkanek jest interesującym kierunkiem badań m.in. w terapii komórkami macierzystymi. Interakcje między komórkami macierzystymi i ich środowiskiem w warunkach in vivo są bardzo złożone i obejmują czynniki biochemiczne, składniki macierzy pozakomórkowej oraz czynniki fizyczne wpływające na zachowanie komórek. Wszystkie te elementy, wykorzystywane do regulacji procesów zachodzących w komórkach macierzystych, są bardzo ważnymi czynnikami tworzącymi korzystne warunki w terapii komórkami macierzystymi [13–14].

Otolaryngologia, podobnie jak kardiochirurgia czy neurochirurgia, poszukuje nowych rozwiązań w dziedzinie stosowania metod terapeutycznych wykorzystujących nanomateriały przewodzące prąd elektryczny do budowy zarówno wszczepialnych elektrod, jak i nanomateriałów, umożliwiających budowę materiałów na podłoża dla inżynierii tkankowej i terapii komórkami macierzystymi.

15 Utrata słuchu jest powszechnym schorzeniem spowodowanym nieodwracalnym uszkodzeniem komórek rzęsatych ucha wewnętrznego i/lub neuronów zwojów spiralnych.

W ostatnich latach, obserwuje się wzrost częstości występowania głębokiego niedosłuchu i głuchoty, szczególnie wśród starzejącego się społeczeństwa. Jest to m.in. spowodowane rozwojem technologii oddziaływujących na człowieka, wzrostem narażenia na hałas, zanieczyszczenia środowiska, wzrostem infekcji wirusowych czy nadużywaniem leków ototoksycznych. Według danych

W ostatnich latach, obserwuje się wzrost częstości występowania głębokiego niedosłuchu i głuchoty, szczególnie wśród starzejącego się społeczeństwa. Jest to m.in. spowodowane rozwojem technologii oddziaływujących na człowieka, wzrostem narażenia na hałas, zanieczyszczenia środowiska, wzrostem infekcji wirusowych czy nadużywaniem leków ototoksycznych. Według danych