Lebeční kost z materiálu jako mikrotenový sáček, výztuž tepny jako z toho na ponožky

Na displeji telefonu se objeví jméno primáře jedné zahraniční nemocnice. Karel Volenec, majitel společnosti ELLA-CS, která se zaměřuje na výrobu stentů − tedy výztuží, jež se zavádějí například do jícnu, aby zachovaly jeho průchodnost −, na chvíli znervózní. V brzkých ranních hodinách podobné telefonáty signalizují problém. Stačí, když pacient nedodrží léčebný postup, a průšvih je na světě.

"O to překvapenější jsem byl, když mi primář volal, aby mi řekl, že pacient měl díky našemu stentu takovou radost, že zase může jíst, že vykoupil celý nemocniční bufet, včetně alkoholu. A nejenom že opil další pacienty, se kterými byl na pokoji, ale i sestřičku a jednoho lékaře," vypráví s dojetím v hlase Karel Volenec příběh člověka, který byl vzhledem k rakovině jícnu tak dlouhou dobu krmen pomocí sondy, že musel radost z toho, že zase cítí chuť jídla a jeho vůni, náležitě oslavit. A všichni kolem s ním. "Byl jsem z toho tenkrát dojatý. A i když rakovině za pár měsíců podlehl, kvalita jeho života a jeho psychika byly alespoň během nich výrazně lepší," vzpomíná Volenec, jehož firma vyrábí stenty i pro veterinární medicínu.

Malá trubička z biodegradabilního plastu, tedy rozložitelného, je jen jedním z mnoha příkladů, jak lze polymery využívat v lidském těle. Na začátku použití syntetických plastů v medicíně byly přitom šicí materiály. "Vstřebatelné šicí materiály na bázi kyseliny mléčné a kyseliny glykolové. Ty nahradily původní, které byly dělané z ovčích střívek, z přírodního kolagenu. Ten ale v těle vyvolával zánětlivé reakce," vysvětluje Jiří Brožek z Ústavu polymerů Vysoké školy chemicko-technologické v Praze důvod, proč se hledaly nové způsoby.

Plast odolá žíravině v těle

Dnes se v medicíně při opravách lidského těla používá celá řada plastů, které mají mnoho společného s těmi, s nimiž se dá setkat v běžném životě. Stačí se podívat na povrch teflonové pánve, na které se před chvílí dosmažil steak, či na láhev sešlapanou a vhozenou do žlutého kontejneru. Podobných příkladů lze nalézt obrovské množství. Nejen teflon, kluzký materiál s vynikajícími vlastnostmi, a polyethylentereftalát (PET), z něhož se vyrábějí právě láhve a který tělo velmi dobře snáší.

"Dalším materiálem může být polyethylen, který se běžně používá v ortopedii, nebo když je potřeba doplnit kousek lebky chybějící po střelné ráně či zničené nádorem. Standardně se z něj přitom vyrábějí mikrotenové sáčky. Z polyesteru se dělají třeba ponožky, ale i polyesterová síťka sloužící jako speciální výztuž tepny, která zabraňuje průniku krvinek," uvádí příklady Karel Volenec.

Materiály, které se používají na láhve, ponožky či pánve, nemusí splňovat tak přísné požadavky jako ty, které nacházejí uplatnění v lidském těle. Nejedná se o zcela totožný typ. V medicíně se pracuje se superčistými materiály, které musí být biokompatibilní. "Tedy když jsou implantované do organismu, nesmějí vyvolávat žádnou nebo jen přiměřenou nežádoucí reakci," říká profesor Brožek. Kromě alergických reakcí se musí také řešit, aby nedocházelo k degradaci polymeru. "Musí být velmi odolný, protože člověk, to je vlastně koncentrovaná žíravina," popisuje specifika aplikace plastů v lidském těle Volenec.

Materiál u zdravotnických prostředků představuje zlomek nákladů a z korunových položek se jejich cena může vyšplhat až na statisíce. "Nejdražší je celý proces technologie, kontroly a testů. A jejich ceny neustále rostou. Jen u kontrol se ceny oproti roku 2016 zestonásobily. Takže z materiálu v hodnotě tří korun je v současnosti produkt v hodnotě 50 tisíc," říká Volenec.

U některých implantátů se vyžaduje, aby zůstaly v lidském těle co nejdéle, typickým příkladem jsou náhrady šlach a cév. U jiných je naopak žádoucí, aby se po určité době rozložily, třeba když zlomenina kosti sroste. V některých případech je rozložení nutností, typicky u některých stentů.

"Když dáte do těla něco, co trvale tlačí na orgán, je to někdy srovnatelné s mučením. Je to, jako by vám na hlavu kapala jedna kapka za druhou. Neexistuje člověk, který by takový nápor na psychiku přežil bez následků. Pokud dáte do těla něco, co roztáhne zúženinu, splní to sice svůj účel, ale po nějaké době se vytvoří proleženina. Zatímco na kůži ji promasírujete a ošetříte mastičkou, uvnitř jícnu a dýchacích cest to udělat nejde. Vytáhnout stent by šlo těžko, protože by už obrostl tkání. Proto se používá rozložitelný materiál, který se za pár měsíců z těla sám ztratí," vysvětluje Volenec z firmy ELLA-CS.

Nová prsa, uši i srdce

Výhodou plastových polymerů je jejich poddajnost a možnosti širokého využití v implantologii. Dělají se z nich náhrady prstů, šlach, kloubů, chybějících částí kostí, meziobratlových plotének, kontaktní čočky, umělá srdce či cévy. "Také náhrady lebečních kostí, kdy se vezme kus materiálu o rozměru přibližně 50 krát 25 krát pět centimetrů a podle snímku z počítačové tomografie se frézováním upraví na tvar, který bude sedět přesně na místo, kde došlo ke zranění," říká Jakub Strnad, generální ředitel společnosti Lasak. Ta se zaměřuje na výrobu zubních implantátů a náhrad v oblastech lebky, obličeje a meziobratlových plotének.

Z plastů se dají udělat rovněž nová prsa. Tělo v tomto případě vylepší silikonový kaučuk. "Polymery stojí také za celou řadou kosmetických úprav. Pokud se vám nelíbí něco na obličeji, dá se to upravit jejich různými typy," říká Volenec. "U lidí po úrazu je možné nahradit zraněné oko umělým, jedna laboratoř dokonce tiskne umělé uši," doplňuje.

3D tisk umožňuje tvorbu rozmanitých tvarů, které mohou jednoduše nahradit příslušnou část lidského těla. "Vytisknout se dá v podstatě všechno, jen se musí přijít na to, jak vytisknutý materiál přifixovat k tělu, aby to drželo a nevytvářelo to nepřiměřenou reakci organismu," říká Jiří Brožek z VŠCHT. Většímu rozšíření této technologie brání cena. Implantát vytvořený 3D tiskem je v současnosti stále dražší než ten vyrobený jinými technologiemi.

Základem je dobře zvolený materiál

Plasty se často v lidském těle kombinují s jinými materiály, jako jsou kompozity, kovy, keramika, hybridní materiály a nejnověji s kmenovými buňkami a širokým spektrem nanomateriálů. "Možností jsou stovky. Jaké řešení se nakonec zvolí, záleží na účelu použití. Zda je potřeba, aby materiál byl odolný na tah, zvládal velkou zátěž, nebo byl odolný kyselosti žaludku," popisuje Karel Volenec.

Při výrobě umělého srdce se například používá více druhů polymerů, aby bylo pružné a mohlo pravidelně pumpovat. "Musí být vyrobeno z elastických materiálů, které jsou odolné cyklickému namáhání a zároveň kompatibilní s krví, která se na nich nesmí ukládat, jinak by docházelo ke vzniku krevních sraženin," vysvětluje profesor Brožek.

U náhrad kyčelního kloubu se zase používá polyethylen s ultravysokou molární hmotností, který je nejen odolný vůči opakujícímu se namáhání, ale i díky svému kluzkému povrchu zmírňuje tření, k němuž by jinak docházelo mezi kovovými částmi kloubní náhrady. "Pokud by se použil klasický polyethylen, ze kterého se vyrábí vodovodní trubky, dlouho by v kloubu nevydržel. Vlastně by došlo ke stejnému jevu, jaký známe u automobilů. Vytloukly by se nám čepy," dává příklad Brožek.

Kladenská firma Beznoska přidává do polyethylenu příměs vitaminu E, díky němuž implantát vydrží déle. "Jeho životnost je 10 až 15 let a pacient ji může svým chováním ovlivnit. Musí dbát nařízení lékaře, nenamáhat nový implantát a záleží také na jeho váze a celkové aktivitě," vysvětluje Pavel Milata, marketingový ředitel společnosti Beznoska, která ročně prodá 1500 kolenních a 1000 kyčelních implantátů.

Někdy je výhodnější sáhnout po jiných materiálech, například při výrobě zubních implantátů. "Polymerní materiály svými mechanickými vlastnostmi nejsou pro tento účel použití zcela vhodné a nevyrovnají se například titanu," říká Jakub Strnad z Lasaku.

Objevují se rovněž nové materiály, často spojené s kosmonautikou a letectvím. Výzkum se v současnosti mimo jiné zaměřuje na to, jak opravit mozkomíšní systém. "Pracuje se na takzvaném propojování, aby signál, který se najednou přeruší, se zase dostal z toho správného místa na jiné, aniž by byl přerušen tok informací. Bude se jednat o revoluční řešení, které přinese naději lidem po poranění páteře nebo mozku," přibližuje Karel Volenec. "V Česku dosahujeme světových úspěchů například v kombinaci speciálních gelů s kyselinou hyaluronovou. Díky tomu bude možné snížit komplikace, jež mohou vzniknout po operaci slepého střeva," seznamuje s nadějnými výzkumy Volenec.

Dokonalosti lidského těla se každopádně polymery jen těžko přiblíží. "Lidské buňky a tkáně do sebe tak geniálně zapadají, vše dává neuvěřitelnou logiku. Nemluvě o schopnosti úplné regenerace. Tu zřejmě žádný polymer nikdy mít nebude," předpokládá Volenec.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Moderní plasty.