Ryboflawina, czyli popularna witamina B2 odpowiada w ludzkim organizmie za prawidłowe funkcjonowanie układu nerwowego, błon śluzowych oraz narządu wzroku. Składnik występujący powszechnie w twarogu, zielonych częściach warzyw i mięsie znalazł nowe zastosowanie – jako budulec implantów medycznych wytwarzanych w procesie druku 3D.
Naukowcy z NCSU (North Carolina State University) w Stanach Zjednoczonych po raz pierwszy wykorzystali naturalny związek jakim jest witamina B2 do stworzenia małych nietoksycznych implantów, biokompatybilnych z ludzkim organizmem. Do fabrykacji sztucznej tkanki zastosowali jedną z technologii druku 3D, a mianowicie dwufotonową polimeryzację. Technika ta używana jest do tworzenia małych obiektów o szczególnych funkcjach, np. rusztowań w inżynierii tkankowej, mikroigieł lub nośników transportujących leki wewnątrz organizmu.
Polimeryzacja dwufotonowa (z ang. two-photon polymerization – 2PP) polega na budowaniu trwałych struktur z fotoreaktywnych, ciekłych prekursorów. Ciekłe prekursory zawierają substancje chemiczne, które w reakcji na działanie światła, zmieniają postać z ciekłej na stałą. Poprzez wystawienie płynnego prekursora na działanie odpowiedniej ilości światła, powstają “drukowane” trójwymiarowe obiekty.
Do tej pory, większość stosowanych fotoinicjatorów zawierała substancje toksyczne dla ludzkiego organizmu. Stworzenie szkodliwego implantu, który pozostawałby w bezpośrednim i ciągłym kontakcie z żywymi tkankami byłoby zagrożeniem dla zdrowia pacjenta. Rozwiązaniem okazało się zastosowanie światłoczułej witaminy B2, jako naturalnego fotoinicjatora. Za pomocą źródła światła w postaci lasera tytanowo-szafirowego badacze skonstruowali trójwymiarowe rusztowanie o wyglądzie przypominającym sześciokątne formy plastra miodu. Następnie wyprodukowany mikrostelaż został pokryty żywymi komórkami pochodzącymi z krowiej aorty. Badanie wykazało, że rusztowanie z ryboflawiny było znacznie bardziej biokompatybilne z krowimi komórkami niż rusztowanie wykonane z tradycyjnych polimerów. Stelaż z witaminy B2 zwiększył przeżywalność komórek i jednocześnie zmniejszył uszkodzenia łańcuchów DNA. Dokładne wyniki testów zostały opublikowane w internetowym, listopadowym wydaniu czasopisma Regenerative Medicine.
Witamina B2 ma ogromną przewagę nad innymi materiałami ze względu na swoją nietoksyczność. Naukowcy pracują obecnie nad zwiększeniem wydajności fotoinicjacji, gdyż to ona jest głównym ograniczeniem stosowania ryboflawiny. Mimo obiecujących wyników, inżynierowie zgodnie twierdzą, że przed wprowadzeniem naturalnych implantów do powszechnego użycia jeszcze długa droga.
Źródło:
[1] Two-photon polymerization of polyethylene glycol diacrylate scaffolds with riboflavin and triethanolamine used as a water-soluble photoinitiator. Regenerative Medicine. November 2013, Vol. 8, No. 6, Pages 725-738, DOI 10.2217/rme.13.60 (doi:10.2217/rme.13.60)
[2] http://www.futuremedicine.com/doi/abs/10.2217/rme.13.60?journalCode=rme | 15.11.2013
[3] http://news.ncsu.edu/releases/wms-narayan-riboflavin/ | 15.11.2013
[4] http://www.livescience.com/40822-3d-printing-gets-boost-from-vitamin-b2.html | 15.11.2013
[5] Glowing jello by Senke2, flickr.com, CC BY 2.0