Кожа выполняет важные функции в нашем теле:
- обеспечение защиты от патогенной инвазии и ультрафиолетовых лучей, как физический и механический барьер,
- регулировка температуры тела,
- обеспечение сенсорными рецепторами,
- кожа состоит из экзокринных и эндокринных желез для выведения веществ и влаги,
- выработка витамина Д.
Все эти свойства кожи делают проблемной регенерацию после ее повреждения (из-за ожогов или несчастных случаев, например). Серьезное повреждение кожи требует немедленной медицинской помощи, чтобы избежать дальнейших серьезных осложнений и даже смерти. Ожоги третьей степени и глубокие повреждения тканей часто связаны с такими осложнениями, как бактериальные инфекции, потеря сознания из-за чрезмерной кровопотери и переохлаждение.
Восстановление кожи человека является трудоемким и сложным процессом и, следовательно, необходим механизм, который может ускорить заживление или вызвать процесс регенерации.
Кожа состоит из эпидермиса, дермы и гиподермы, а для восстановления кожи необходимы в основном эпидермис и эквиваленты кожи для ускорения регенерационной активности.
Идеальный композитный материал для тканевой инженерии должен обладать такими ключевыми свойствами, как биосовместимость, способность к гидратации, газопроницаемость, антибактериальные свойства и механическая прочность, которые имитируют микросреду сухой и влажной кожи.
Лечение кожных ран производили с незапамятных времен. Наши предки пытались предотвратить кровопотери и нарушения электролитного баланса с помощью использования перевязочных материалов. Сейчас для перевязки ран используются различные материалы, которые бывают биологические, синтетические и биосинтетические.
Биологические материалы, используемые для перевязки ран, например свиная кожа, трупные трансплантаты кожи и прочие, обеспечивают большую адгезию и естественный внеклеточный матрикс для быстрого восстановления. Несмотря на эти преимущества, определенные недостатки, такие как высокая антигенность, этические проблемы и возможность загрязнения, делают такие материалы непригодными для медицинского применения.
Синтетические материалы, такие как силикон, нейлон, полимолочная кислота, поликапролактон и полимолочная гликолевая кислота, обеспечивают хорошую механическую прочность, упругие свойства и меньшую степень загрязнения, но они не способны обеспечить внеклеточную микросреду, которая способствует естественному восстановлению тканей.
Свойства биосинтетических композиционных материалов для кожи, таких как хитозан/коллаген, хитозан/желатин и пр., служат как идеальный биоматериал для искусственной кожи.
Сейчас продаются определенные искусственные заменители кожи и материалы для перевязки, изготовленные с учетом типа раны и трибологии кожи. В связи с их многообещающими результатами в области тканевой инженерии, похоже, наступила новая эра в области композиционных материалов и эквивалентов кожи.
Предварительные знания о биосовместимости, структуре кожи, механических свойствах, механизмах сенсорной обработки, процедурах заживления и факторах роста, таких как фиброваскулярные факторы роста, являются необходимыми условиями для создания искусственного заменителя кожи.
Существуют определенные основные требования, которые необходимо учитывать перед изготовлением искусственного заменителя кожи:
биосовместимость материала - он не должен приводить к острой или хронической реакции,
биоразлагаемость, чтобы новая растущая ткань могла заменить внешний композит,
он должен обладать адгезивными свойствами, чтобы он позволял клеточной пролиферации и механическим свойствам придавать прочность поврежденным или растущим тканям.
Общий подход к регенерации кожи заключается в разработке дермального субстрата, посеянного с кератиноцитами или другими растущими клетками и нанесенного на поврежденную область кожи, где клетки подвергаются митозу и начинается процесс регенерации. Композиты на основе хитозана образуют матрицу, которая обеспечивает основу для эпидермального слоя и желаемой внеклеточной микросреды, которая способствует естественному биологическому процессу регенерации. Кожные заменители на основе хитозана могут способствовать дифференцировке клеток, заживлению ран и обеспечивать секрецию медиаторов воспаления, таких как цитокины, простагландины и пр.
Хитозан получают из хитина, который является вторым по распространенности полисахаридом после целлюлозы и является общей составляющей клеточных стенок беспозвоночных, насекомых, ракообразных и различных морских видов. Хитозан может быть легко получен из деацетилирования хитина. При различной степени деацетилирования и доступности из разных источников можно получить хитозан с различной растворимостью и механическими свойствами. Хитозан представляет собой линейный полисахарид, состоящий из аминокислотных единиц N-ацетил-D-глюкозамина и D-глюкозамина. Чтобы превратиться в хитозан, хитин должен быть деацетилирован на 60% в условиях сильной щелочи и ферментативного гидролиза.
Структура хитозана в некоторой степени аналогична структуре факторов роста и белков и пептидов (коллаген и кератин), обнаруженных в тканях кожи, что, как было установлено, важно для стимулирования естественных физиологических реакций, необходимых для восстановления тканей и регенерации клеток. Использование хитозана широко развито в биомедицине, например в изготовлении протезов, искусственных кож и имплантатов.
Хитозан всегда был одним из ведущих полимеров для изготовления раневых повязок или искусственной кожи с определенными модификациями гидрофильности, растворимости и механических свойств. Эти модификации обычно достигаются с помощью смешивания композитов с другими подходящими полимерами. Хитозан является распространенным в основном в биомедицине, особенно в тканевой инженерии, благодаря его уникальным свойствам. Например, хитозан обладает антибактериальными свойствами благодаря своей положительно заряженной структуре, которая взаимодействует с отрицательно заряженной клеточной мембраной бактерий и останавливает ее рост. Кроме того, широкое признание этого полимера в области тканевой инженерии обусловлено его биосовместимостью и биоразлагаемостью.
Механические свойства хитозана, с точки зрения прочности на разрыв, гибкости и удлинения при разрыве, важны для обеспечения стабильной структурной целостности во время развития новообразования. Также пористость хитозана важна для миграции в клетки кератиноцитов, питательных веществ и факторов роста.
Также хитозан обладает адгезивными свойствами, что способствует закрытию ран, благодаря чему предотвращается чрезмерная потеря крови при порезах или ожогах третьей степени.
Все эти свойства также могут быть немного изменены или улучшены путем формирования композитов или смесей с другими полимерами.
