В многослойной структуре сформировали микрокамеры, способные нести в себе необходимые для восстановления повреждений вещества. Теперь ученые могут точно регулировать скорость их высвобождения для разных этапов восстановления тканей.
Регенерация тканей — сложный многостадийный биохимический процесс. На каждом из этапов в ране меняются концентрации и количества различных химических соединений. На первой неделе заживления организму важно стимулировать образования сосудистой сетки, на второй — сосредоточиться на уменьшении воспаления.
На всех этапах заживления ран тело поддерживает точный окислительно-восстановительный баланс в тканях. В здоровом организме сильные окислители, к которым относится перекись водорода, обеспечивают защиту тканей от микробов. Они же стимулируют деление клеток, выделение коллагена и способствуют росту сосудов в поврежденном участке кожи.
Однако при хронических заболеваниях — диабете и патологиях кровеносной системы — баланс окислительных процессов нарушается. Избыток активных форм кислорода повреждает ДНК, белки и мембраны клеток, замедляет восстановление тканей и усиливает образование рубцов. Недостаточный уровень окислительных процессов нарушает обмен веществ в тканях и делает размножение патогенных микробов вероятнее.
Ученые из Исследовательского центра LIFT (Россия) с коллегами разработали раневое покрытие, способное поддерживать окислительно-восстановительный баланс веществ на разных этапах заживления. Их разработка контролируемо высвобождает из микрокамер терапевтически эффективные дозы биоактивных веществ. Работа опубликована в журнале Applied Materials Today, исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
Исследователи сформировали из биоразлагаемого полимера покрытие с периодической системой камер, в которые поместили дубильную кислоту или перкарбонат натрия. Первое соединение — природный антиоксидант, уменьшающий воспаление. Второе — источник перекиси водорода, окислителя, стимулирующего рост сосудов и подавляющего активность бактерий.
Непосредственно с раной контактировала тонкая пленка гидрогеля на основе желатина, глицерина и аминокапроновой кислоты. Это сочетание придало материалу кровеостанавливающие свойства, эластичность, способность удерживать влагу и обеспечило надежное сцепление с живыми тканями. Чтобы обеспечить совместимость выбранного материала с биологическими тканями, ученые покрыли поверхность созданного материала фиброспластами, клетками соединительной ткани.
В результате серии экспериментов на лабораторных крысах ученые подтвердили, что разработанная ими система медленно высвобождает из камер биоактивные вещества три-четыре дня. Скорость этого процесса регулируется изменением состава или толщины полимерной оболочки микрокамер.
Фиброспласты на поверхности разработанного материала активно размножались и сохраняли нормальную жизнеспособность. Более того, они проникли в полость микрокамер и сформировали трехмерную структуру.
Покрытия и с дубильной кислотой, и с перкарбонатом натрия значительно ускорили заживление ран у животных. На седьмой день эксперимента площадь ран, покрытых материалом с микрокамерами, была почти вдвое меньше размера ран без лечения. Покрытие с дубильной кислотой ускоряло восстановление тканей за счет уменьшения окислительного стресса и воспаления, а покрытие с перкарбонатом натрия — благодаря ускорению роста сосудов и антимикробному эффекту.
Исследователи экспериментально подтвердили, что созданный ими материал способен нести в камерах несколько веществ с разной скоростью высвобождения. Этот позволит подбирать конфигурацию разработки адресно под пациента, учитывать тип ран и стадию заживления, на которой они находятся.
«Мы планируем адаптировать эту систему для более сложных повреждений, где факторы рубцевания и скорости заживления особенно важны. В частности, в случае повреждения нервных тканей и спинного мозга. В сегодняшней реальности, когда людей с тяжелыми ранами мы видим больше, чем когда-либо в ХХI веке, крайне важно находить способы оказания им помощи», — сказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Ермаков, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник исследовательского центра LIFT.