Przeszczep serca nie zawsze jest możliwy – rozmowa z dr. inż. Przemysławem Kurtyką

Rozmowa z dr. inż. Przemysławem Kurtyką, kierownikiem Laboratorium Biozgodności BioLAB, Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi, głównym specjalistą w Instytucie Protez Serca, laureatem programu LIDER.

– Dlaczego zdecydował się pan na udział w programie LIDER Narodowego Centrum Badań i Rozwoju?

Program LIDER jest prestiżowym konkursem dla młodych naukowców, który pozwala na rozwój, ale też promuje polską naukę, prowadząc do wdrożenia polskiej myśli technologicznej. Wierzę, że prowadzone w ramach grantu moje badania przyczynią się do bezpieczeństwa pacjentów poddanych terapii wspomagania krążenia i wpłyną na wzrost znaczenia polskich rozwiązań technologicznych na arenie międzynarodowej.

– Powłoki atrobogenne immobilizowane oligoprolinami zapobiegające procesom aktywacji krwi na powierzchniach mających kontakt z krwią w urządzeniach wspomagających pracę serca to projekt, który nagrodzono w ramach programu LIDER. Na czym polegają pańskie badania? 

Celem projektu jest minimalizacja zagrażających życiu zakrzepów krwi w urządzeniach pulsacyjnych wspomagających pracę serca typu VAD (ang. Ventricular Assist Devices) poprzez zastosowanie powierzchni immobilizowanych oligoprolinami, peptydami, które skutecznie i trwale zapobiegają adsorpcji białek i adhezji komórek. Protezy serca wspomagają pacjentów w późnych stadiach niewydolności serca, w procesie zdrowienia lub stanowią pomost do transplantacji, a w najnowszych zastosowaniach również są terapią docelową. W Polsce ponad 40% pacjentów z tą chorobą nie przeżywa 5 lat od chwili rozpoznania, co stanowi poziom porównywalny do wskaźnika w przypadku większości nowotworów. W 2018 roku z powodu niewydolności serca zmarło w Polsce 41 tys. osób, co w skali wszystkich zgonów w Polsce stanowi 9,8%. Można zatem uznać niewydolność serca za najczęstszą przyczynę zgonów wśród Polaków. Co niepokojące, stale wzrasta również liczba dzieci z niewydolnością serca oraz dzieci kwalifikowanych do przeszczepu serca. W Stanach Zjednoczonych szacuje się, że niewydolność serca dotyka każdego roku 12 tys. do 35 tys. pacjentów w wieku poniżej 19. roku życia. Niestety, długi czas oczekiwania na organ oraz rozpiętość cech anatomicznych i fizjologicznych wynikających z wieku pacjenta sprawia, że śmiertelność w tej grupie jest wysoka. U pacjentów pediatrycznych do około 10.-12. roku życia nie jest możliwe zastosowanie najnowocześniejszych w pełni implantowanych wirowych pomp wspomagania serca ze względu na budowę klatki piersiowej i szybki wzrost ciała. Z tego względu, u dzieci najczęstszą stosowaną metodą wspomagania serca są urządzenia pozaustrojowe. Pomimo zaawansowanych procedur farmakoterapii i innowacyjnych biomateriałów, ze wzglądu na złożoność procesów krzepnięcia nadal głównym problemem medycznym pulsacyjnych VAD jest podatność do formowania zakrzepów na skutek niefizjologicznej dynamiki przepływu krwi w sztucznych komorach. Dlatego głównym celem projektu jest optymalizacja materiałów mających kontakt z krwią poprzez zastosowanie funkcjonalnej powłoki. Wstępne badania doprowadziły do opracowania powłok na bazie oligoproliny zsyntetyzowanych na pośredniej warstwie buforu srebra, które są zarówno antybakteryjne, jak i minimalnie aktywujące krew. W ramach prac projektowych przewidziana jest optymalizacja powłok na bazie oligoproliny pod kątem trwałości oraz hemozgodności, a w ramach badań aplikacyjnych optymalizacja procesu modyfikacji powierzchniowej immobilizowanej oligoproliną. Badania rozwojowe obejmują natomiast ocenę opracowanej i poddanej optymalizacji powłoki atrombogennej immobilizowanej oligoproliną w funkcjonalnej postaci urządzenia wspomagania serca ReligaHeart PED® oraz zastosowanej w konstrukcji wyrobu komercyjnie stosowanego w klinikach POLVAD®.

– Na jakim etapie są obecnie prace? 

Przeprowadzone w ramach innych projektów badania przedkliniczne pozwoliły na dopracowanie konstrukcji pediatrycznych urządzeń wspomagania serca w czterech rozmiarach (12-45 ml) przeznaczonych do stosowania u dzieci już w wieku niemowlęcym, aż do wieku nastoletniego. Natomiast w wyniku realizacji projektu LIDER dopracujemy powłoki immobilizowane oligoproliną do maksymalnie VI poziomu gotowości technologicznej (TRL), co będzie stanowić podstawę do dalszego wyskalowania do wyższych poziomów TRL i późniejsze wdrożenie.

–  Czy uzyskane wsparcie finansowe w ramach programu LIDER wystarczy, by doprowadzić badania do końca? 

Urządzenia mechanicznego wspomagania serca stanowią wyroby medyczne III klasy, które charakteryzują się najbardziej rygorystycznymi wymaganiami prawnymi i wytycznymi bezpieczeństwa biologicznego. Przed wdrożeniem produktu tej klasy konieczne jest przeprowadzenie wielu kosztownych badań przedklinicznych i klinicznych, które niestety w znacznym stopniu przekraczają budżet dostępny w ramach programu LIDER. Również spełnienie wymagań MDR (ang. Medical Device Regulation) zgodnie z rozporządzeniem UE jest procesem złożonym i kosztownym, który wymaga zaangażowania wielu zasobów. Jednak z uwagi na wysoki potencjał komercjalizacyjny, poszukiwane będą dodatkowe ścieżki finansowania badań, by umożliwić wprowadzenie produktu na rynek.

– Opracowana przez pana technologia ma spowodować poprawę przeżywalności, podniesienie jakości życia pacjentów oraz rzadsze występowanie zdarzeń niepożądanych w przypadku niewydolności serca. 

Zgadza się. Dodatkowym celem projektu jest obniżenie kosztów produkcji i terapii mechanicznego wspomagania serca. Efektem końcowym projektu ma być stworzenie materiałów funkcjonalnych o projektowanych właściwościach dla celów medycyny regeneracyjnej, naprawczej i personalizowanej, zwłaszcza w dziedzinie kardiologii i kardiochirurgii. Poza tym opracowane powłoki mają znaleźć zastosowanie w polskich konstrukcjach urządzeń mechanicznego wspomagania serca, dlatego wyniki prac przysłużą się zarówno chorym dzieciom, jak i dorosłym, zwiększając ich bezpieczeństwo, ale również wspierając polską gospodarkę i konkurencyjność względem producentów rozwiązań zagranicznych. Jak wspomniałem wcześniej, pacjenci pediatryczni są wspomagani w zasadzie tylko pompami pulsacyjnymi, dobranymi wielkością do ich wieku i budowy anatomicznej. Według raportu PEDIMACS (ang. Pediatric Interagency Registry for Mechanical Circulatory Support), w latach 2012-2020 u pacjentów poniżej 19. roku życia zastosowano 1301 pulsacyjnych pomp krwi. Świadczy to o tym, że pomimo znacznego postępu technologicznego, pulsacyjne pompy krwi są nadal niezastąpioną terapią w przypadku ratowania życia dzieci. Drugą grupą pacjentów, którym wszczepia się pulsacyjne pompy krwi, są dorośli w ciężkim stanie, z niepewnym rokowaniem co do przeżycia. Według raportu INTERMACS (ang. Interagency Registry for Mechanically Assisted Circulatory Support), w latach 2014-2019 około 20% pacjentów dorosłych, którym wszczepiono pompy krwi, było leczonych w trybie BTC (ang. bridge to candidacy). Oznacza to, że osobom tym czasowo wszczepiano pulsacyjne pompy krwi, a po poprawie stanu pacjenta poddawano reoperacji, zmieniając pompę pulsacyjną na w pełni implantowalną pompę wirową.

– Rozwiązania, nad którymi obecnie pan pracuje, to nie pierwsze projekty wspomagające pracę serca. 

Tematyka implantów stosowanych w kardiochirurgii stanowiła moje zainteresowanie jeszcze na etapie studiów inżynierskich, kiedy zajmowałem się konstrukcją stentów wieńcowych. Następnie podczas studiów magisterskich pracowałem nad zastawkami mechanicznymi, realizując większą część prac badawczych na Ulster University w Belfaście w Irlandii Północnej. Po powrocie rozpocząłem staż w Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii, który ukierunkował moją dalszą ścieżkę naukowo-badawczą pod kątem systemów wspomagania serca. Zajmowałem się wówczas innowacyjnymi konstrukcjami w pełni implantowanych pomp wirowych, co przełożyło się na sformułowanie tematu rozprawy doktorskiej i skutkowało uzyskaniem przeze mnie pierwszego grantu w ramach programu PRELUDIUM 16 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. Równolegle w ramach prac prowadzonych w Pracowni Sztucznego Serca uczestniczyłem w produkcji i badaniach pediatrycznych systemów wspomagania serca, a moje doświadczenie kliniczne potwierdziło stale występujący problem embolizacji pompy. Jak wspomniałem wcześniej, w przypadku niewydolności serca w spektrum możliwych rozwiązań, nadal złotym standardem pozostaje przeszczep serca. Jednak ze względu na ograniczoną liczbę dawców, pomocne okazują się technologiczne rozwiązania konstrukcji inżynieryjnych m.in. urządzenia typu VAD. Zgodnie z międzynarodowym raportem statystycznym INTERMACS, na świecie od 2006 roku wszczepiono ponad 15 000 urządzeń mechanicznego wspomagania krążenia. Oprócz zmian konstrukcyjnych samych urządzeń, ważną rolę w ograniczeniu powikłań i poprawie przeżywalności oraz jakości życia pacjentów odgrywa również ich prawidłowy dobór i kwalifikacja, strategia postępowania okołooperacyjnego czy leczenie długoterminowe. Ze względu na stale występujące ryzyko, urządzenia nadal są rozwijane pod kątem nowych rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych. W swojej pracy skupiłem się aktualnie na powikłaniach zakrzepowo-zatorowych. Ogólne występowanie zakrzepicy w pompach przepływowych krwi typu VAD określane jest na poziomie od 2% do 30%. Co bardzo istotne, ryzyko zakrzepicy pompy jest największe w ciągu kilku pierwszych dni do miesięcy po wszczepieniu VAD. Kluczową rolę odgrywają pierwsze 72 h po implantacji, gdyż ze względu na ryzyko krwotoków pooperacyjnych, w tym okresie ograniczona jest profilaktyka przeciwzakrzepowa. Jednym z rozwiązań może być zatem optymalizacja materiałów kontaktujących się z krwią z uwzględnieniem nowych technik inżynierii powierzchni, zapewniając wysoki współczynnik bezpieczeństwa biologicznego, w tym hemozgodności. Dzięki międzynarodowej współpracy, na podstawie wstępnych analiz, potwierdziliśmy możliwość opracowania powłok na bazie oligoproliny, ograniczających podatność do adsorpcji białek i składników surowicy, co może mieć kluczowe znaczenie w pierwszych dobach podczas wspomagania krążenia u pacjentów.

– Czy takie projekty jak LIDER pomagają naukowcom w rozwoju i szukaniu nowych rozwiązań? Czy Polska wspiera badaczy? 

Nasz kraj podejmuje wiele różnorodnych działań mających na celu zapewnienie wsparcia naukowcom z różnych dziedzin życia, co zdecydowanie należy ocenić na plus. W ramach Narodowego Centrum Nauki (NCN) oraz Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR) przeznaczane są znaczne środki na finansowanie badań naukowych, zarówno pod kątem nauk podstawowych czy prac wdrożeniowych. Realizacja grantu to nie tylko rozwój danej tematyki badawczej, lecz rozwój i rozbudowa zespołów badawczych, a także otwierające się możliwości współpracy międzynarodowej. W Polsce prowadzonych jest również wiele programów stypendialnych, które mają na celu wspieranie młodych naukowców. Programy takie jak START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (FNP) oferują stypendia dla wybitnych młodych uczonych. Również Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego organizuje konkursy na stypendia dla młodych naukowców oraz granty badawcze, które umożliwiają realizację innowacyjnych projektów naukowych. Co ważne, dzięki darmowym szkoleniom czy webinarom wspomniane inicjatywy są praktycznie dostępne dla każdego. Niestety pomimo tych wielu działań, nie ma możliwości finansowania wszystkich nowatorskich rozwiązań i kreatywnych pomysłów. W organizowanych konkursach grantowych tzw. "wskaźnik sukcesu” nierzadko mieści się w zakresie 7-15%. Przykładowo, w ramach programu LIDER XIV "wskaźnik sukcesu” wynosił zaledwie 11% (finansowanie 41 projektów / 364 wnioski). Ponadto, średni czas oczekiwania na rezultaty konkursu grantowego wynosi ok. 12 miesięcy, co w przypadku niepowodzenia może skutkować roczną przerwą i radykalnym ograniczeniem rozwoju młodego naukowca. Wymagania i procedury konkursów grantowych powinny więc być klarowne i przejrzyste, aby zapewnić równe szanse dla wszystkich uczestników.