Vodivý hydrogel z Brna s vlastností živé tkáně propojuje světy biologie a elektroniky

„Lidské tělo je převážně tvořeno vodou – naše buňky, orgány a tkáně fungují ve vodném prostředí. Když do tohoto prostředí vstupuje umělý materiál, například při implantaci, je klíčové, aby byl co nejvíce kompatibilní. Právě tento cíl sleduje výzkum vodivých hydrogelů, které kombinují schopnost vést elektrický proud a zároveň napodobují mechanické vlastnosti živé tkáně,“ vysvětlila Romana Malečková, která se ve své dizertaci pod vedením profesora Martina Weitera zaměřuje na výzkum, který zní jako sci-fi.

Hmota možná připomíná slavné „amarouny“, tedy jídlo ze seriálu Návštěvníci, ale má potenciál zásadně změnit medicínu.

Jak dále vědkyně zmínila, tělo je extrémně dynamické prostředí – plné vody, pohybu a přirozených iontových procesů. Naopak elektronika je založena na pevných, suchých a rigidních materiálech.

„Rozdíl mezi těmito odlišnými světy je v jejich mechanických vlastnostech obrovský, asi jako bychom do želé zabodli vidličku. Právě kontakt těchto dvou odlišných světů – živého těla a neživé techniky – bývá problematický. Hydrogel však přináší unikátní řešení. Díky své měkkosti, vysokému obsahu vody a schopnosti vést jak ionty, tak elektrony, vytváří ideální rozhraní mezi buňkami a přístroji. Může tak zprostředkovat efektivní komunikaci mezi tělesnými strukturami a elektronickými zařízeními,“ popsala Malečková.

Výhody zkoumaného materiálu jsou podle ní nesporné. U běžného implantátu z anorganického kovu si tělo dříve či později vytvoří kolem zjizvenou tkáň, aby se chránilo před opakovaným mechanickým poškozením.

To ale zhoršuje funkčnost implantátu – signály přes zjizvenou tkáň hůře procházejí, snižuje se efektivita přenosu informací, a tedy i celého zařízení. Nebo mohou přijít nežádoucí imunitní reakce.

„Když ale použijeme materiál, který je měkký a vodivý zároveň, tělo ho bude přijímat lépe,“ uvedla doktorandka k výzkumu, který je podle ní především týmovou prací.

Podílí se na něm odborníci z různých oblastí – od materiálových vědců přes specialisty na hydrogely až po experty na fyziku či elektrochemii. „Nejvíc na něm spolupracuji s mojí kolegyní Šárkou Tumovou, je to naše společné dítě,“ doplnila k výzkumu, který je u nás stále ojedinělý. Zabývají se jím pouze na VUT.

Vlastní výroba uvedeného vzorku trvá zhruba tři dny. „Po smíchání potřebných komponentů je necháme spolu reagovat tři dny, poté materiál centrifugujeme a máme hydrogel,“ sdělila Novinkám zdánlivě jednoduchý „recept“.

Jak vědkyně dodala, při přípravě lze již předem ovlivnit mechanické vlastnosti, tedy „tvrdost“ připravovaného materiálu, což bude pro budoucí implantáty rovněž důležité.

Hydrogel může podle ní v budoucnu fungovat také jako součást senzorů, které budou monitorovat konkrétní chemické látky v těle pacienta – například v potu, krvi nebo jiných tělních tekutinách. Právě toto cílené sledování individuálních hodnot je typickým příkladem personalizované medicíny. Senzory založené na hydrogelu se přizpůsobí konkrétnímu člověku a jeho potřebám, čímž mohou nabídnout efektivnější péči i prevenci.

Praktické využití hydrogelu především v medicíně odhaduje Romana Malečková na dobu pěti až deseti let. Závisí to podle ní na rychlosti klinického testování.