Ученые НИТУ МИСИС усовершенствовали многофункциональные медицинские пластыри, способные одновременно быстро останавливать кровотечение и защищать рану от широкого спектра бактерий и грибков. Наноматериал на основе полимерных волокон и наночастиц оксида цинка подавляет рост опасных патогенов, включая лекарственно устойчивые микроорганизмы, не раздражает ткани и сохраняет высокую биосовместимость с живыми клетками. В первую очередь такие покрытия будут востребованы в ситуациях с повышенным риском инфицирования — при лечении травматических и ожоговых повреждений, в полевой и военной медицине, а также при терапии хронических ран, включая язвы при синдроме диабетической стопы. Подробнее об улучшенном средстве экстренной помощи — в материале «Известий».
«Умные» пластыри нового поколения
Исследователи НИТУ МИСИС предложили решение для экстренного заживления опасных ран — тонкие полимерные мембраны, состоящие из сети волокон, по структуре напоминающей естественный внеклеточный кожный матрикс человека. В основе материала — биосовместимый и биоразлагаемый полимер поликапролактон. В него встроили наночастицы оксида цинка, а на поверхности волокон закрепили хлоргексидин — широко применяемый антисептик.
— Такое сочетание обеспечивает комплексную защиту от инфекции. Хлоргексидин действует сразу после наложения пластыря, подавляя микроорганизмы на поверхности раны, а наночастицы оксида цинка создают длительный бактерицидный эффект. В результате материал оказался эффективен против целого ряда опасных возбудителей кожных инфекций, включая золотистый стафилококк, энтерококки, кишечную палочку, ацинетобактерии и грибок Candida auris. Во время испытаний количество патогенных микроорганизмов уменьшалось более чем в миллион раз. Еще одним преимуществом разработки стала ее выраженная кровоостанавливающая способность: материал позволял сократить кровопотерю более чем в шесть раз, а продолжительность кровотечения — примерно в полтора раза, — сказала инженер научного проекта НИЦ «Неорганические наноматериалы» университета Юлия Макарец.
Особое внимание ученые уделили безопасности нового материала. Несмотря на то что антисептические и антибактериальные компоненты эффективно подавляют инфекцию, их использование может негативно сказываться на состоянии живых клеток. Чтобы избежать этого, исследователи подобрали минимальные ингибирующие концентрации действующих веществ, при которых сохраняется высокая противомикробная активность без токсического воздействия на ткани.
Испытания показали, что жизнеспособность клеток кожи и иммунной системы при контакте с покрытием превышала 93%. Кроме того, специалисты не выявили признаков хронического воспаления, некроза тканей или реакции организма на инородное тело. По своей структуре ткани, соприкасавшиеся с новым материалом, практически не отличались от здоровых.
— Разработка стала следующим этапом развития технологии, которую коллектив НИТУ МИСИС исследует уже несколько лет. В более ранних проектах мы использовали наночастицы оксида меди и антибиотик «Банеоцин». Новое покрытие основано на наночастицах оксида цинка и хлоргексидине, что позволило снизить потенциальные риски, связанные с применением антибиотиков, сохранив высокий бактерицидный эффект, — рассказала научный сотрудник НИЦ «Неорганические наноматериалы» университета, руководитель проекта РНФ Кристина Котякова.
Сочетание бактерицидных, кровоостанавливающих и регенеративных свойств делает разработанный материал перспективной основой для создания перевязочных средств нового поколения, предназначенных для лечения сложных и инфицированных ран.
Раневые повязки для полевой медицины
Как рассказали «Известиям» ученые, современные раневые покрытия должны не только закрывать поврежденный участок кожи от внешней среды, но и создавать условия для быстрого восстановления тканей. Особенно важно предотвратить развитие инфекции, поскольку именно она часто становится причиной осложнений и длительного заживления.
Рана, сопровождающаяся одновременно кровотечением и инфицированием, требует комплексного подхода, который зачастую сложно реализовать с помощью существующих средств, отметила ведущий эксперт рынка НТИ «Хелснет» Марина Чумакова. По ее словам, кровоостанавливающие материалы нередко образуют плотный барьер, затрудняющий проникновение антисептиков в ткани, тогда как активные антибактериальные компоненты могут раздражать кожу и замедлять процесс заживления.
— Здесь исследователи попытались объединить оба свойства в одном тонком полимерном слое, и, судя по представленным данным, это получилось без ущерба для безопасности: жизнеспособность клеток выше 93% — показатель, который для антибактериальных покрытий на основе наночастиц металлов действительно высокий, — отметила специалист.
Что касается практического применения, в первую очередь такие покрытия будут востребованы в ситуациях с высоким риском инфицирования: в хирургии, при лечении травматических и ожоговых повреждений, в экстренной медицине и на догоспитальном этапе, когда необходимо быстро остановить кровотечение и одновременно защитить рану до оказания специализированной помощи, подчеркнула Марина Чумакова.
Еще одним перспективным направлением эксперт назвала лечение хронических и труднозаживающих ран, в том числе диабетической стопы, при которой инфекционные осложнения нередко становятся причиной ампутаций. Кроме того, подобные материалы могут найти применение в полевой и военной медицине, где особенно важно сочетание кровоостанавливающих и антибактериальных свойств в одном удобном перевязочном средстве.
— Покрытие эффективно против антибиотикорезистентных микроорганизмов без использования самих антибиотиков, а значит, не провоцирует дальнейший рост устойчивости в мире. Значимое и широкое применение: хирургия, лечение диабетических язв и ожогов, спортивная и военно-полевая медицина — везде, где рана должна быть защищена от инфекции немедленно и заживать без осложнений, — подчеркнула молекулярный биолог Арина Холькина.
Как отметила ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова, разработка поможет облегчить раневую терапию, ускорить выздоровление и улучшить качество жизни пациентов. Сочетание бактерицидных, кровоостанавливающих и регенеративных свойств делает наноматериал на основе полимерных волокон и наночастиц оксида цинка перспективной основой для создания перевязочных средств нового поколения.
Исследование опубликовано в научном журнале ACS Applied Materials & Interfaces. Работа проведена при поддержке Российского научного фонда.