Российские ученые из Нижнего Новгорода создали новые материалы для регенерации кожных покровов, пострадавших из-за ран, ожогов и язв. Они представляют собой тонкие пленки, которые можно накладывать на поврежденный участок кожи, в результате чего останавливается воспаление, ускоряется заживление и погибают успевшие попасть в рану микробы. Создание такого материала стало возможным благодаря детальному пониманию, какие процессы происходят в покровах тела и что помогает им восстановиться. «Лента.ру» ознакомилась с исследованием, опубликованным в журнале Molecules, и подробно рассказывает, как ученым удалось создать заживляющие пленки.
Живительный гель
Ранозаживляющие пленки и материалы, способствующие регенерации ран, можно отнести к перспективным медицинским технологиям, которые в будущем позволят быстро излечивать даже очень серьезные травмы кожи. Это особенно актуально для людей, живущих в местах военных конфликтов или оказавшихся в эпицентре стихийных бедствий. Одним из направлений является создание гелевых повязок, которые лишены недостатков обычных марлевых бинтов. Они подвергаются биологическому разложению, препятствуют инфекциям и могут накладываться на раны любой формы.
Гели могут быть гидрофобными (олеогели) и гидрофильными (гидрогели). В исследовании российских специалистов использовались олеогели. Олеогель представляет собой смесь растворителя (растительного или вазелинового масла, а не воды) и гелеобразователя, в качестве которого могут выступать различные гидрофобные вещества — например, полиэтилен или мыло, содержащее цинк или алюминий. Такие гели, совмещающие в себе свойства твердого и жидкого тела, подходят для наружного применения, и в них протекают процессы диффузии, то есть терапевтическое вещество будет постепенно проникать в рану. Однако для выбора такого вещества необходимо знать, какие процессы происходят в самой ране.
Окислитель против восстановителя
Когда кожа повреждается, в клетках происходит дисбаланс между активными формами кислорода (АФК), к которым также относятся кислородные радикалы, и антиоксидантными молекулами. Развивается окислительный стресс — многоступенчатый, каскадный процесс, связанный со многими патологическими изменениями и приводящий к гибели множества клеток. Для лечения ожогов необходимо знать, как поддерживается окислительно-восстановительный гомеостаз — баланс между окисленными (лишенные электронов) и восстановленными (принимающие электроны) молекулами.
Важную роль в этом гомеостазе играет молекула NADH, которая переносит электроны из одной реакции в другую. Окисленная форма этой молекулы — NAD+ — забирает электроны от другой молекулы, окисляя ее, и становится NADH, которая затем отдает электроны, осуществляя восстановление. Соотношение NADH/NAD+, называемое редокс-балансом, нарушается при различных заболеваниях, и это служит своеобразным биомаркером патологического процесса.
Схема регенерации повреждения кожи
Изображение: Wikipedia
NADH/NAD+ может служить мишенью для лекарственных препаратов, призванных ускорять заживление ран. Избыток любой из этих форм может привести как к окислительному стрессу (в случае с NAD+), так и к восстановительному стрессу (в случае NADH), что тоже вредно для клетки. Последнее означает, что бесконтрольное применение антиоксидантов не поможет заживлению раны, а лишь усугубит ситуацию. Поврежденная ткань начнет разрушаться и отмирать, что, в свою очередь, повлияет на кровоток и снабжение других клеток кислородом.
Тройной удар
Известно, что тритерпеноиды (бетулиновая кислота и ее производные) обладают антиоксидантными, противовоспалительными, антиагрегационными, ранозаживляющими и другими свойствами, необходимыми для лечения ожоговых ран. Проблема состоит в том, что биодоступность у этих веществ низкая, то есть мало молекул доходит до требуемого места. Это связано с плохой растворимостью тритерпеноидов, что можно обойти, например, с помощью модификации фосфатами, делающими молекулы более растворимыми.
Схема применения ранозаживляющей повязки
Изображение: MDPI
Исследователи продемонстрировали, что одной из молекул, перспективных в лечении ожогов, является дифосфат бетулина. Он может быть компонентом перевязочных материалов и заживляющих ран растворов. Для внедрения бетулина в поврежденные ткани можно применять бактериальную целлюлозу — органическое вещество, которое производится некоторыми типами бактерий. Бактериальная целлюлоза низкотоксична и при этом хорошо всасывается биологическими жидкостями.
Кроме нее перевязочный материал может содержать наночастицы оксида цинка. Они также служат доставщиками дифосфата бетулина и при этом обладают бактерицидными и иммуномодулирующими свойствами. Сами по себе наночастицы цинка могут оказывать токсическое воздействие на живую ткань, но бетулин гасит негативный эффект.
Успешный тест
В ходе эксперимента ученые использовали здоровых крыс и крыс с ожоговыми ранами. Часть крыс с ожогами лечили с помощью различных раневых повязок: BC-ZnO NPs-BDP (содержит бактериальную целлюлозу, наночастицы и дифосфат бетулина), BC-BDP (бактериальная целлюлоза и дифосфат бетулина) и BC-ZnO NPs (бактериальная целлюлоза и наночастицы). Состояние этих животных улучшилось по сравнению с крысами, которые не получили лечение и в некоторых случаях погибали. При использовании всех трех компонентов раны уменьшались на 10,33 и 42,31 процента на 10-й и 21-й день соответственно.
Композиционный материал из геля, наночастиц цинка и бетулиновой кислоты можно считать прорывом в заживлении ожоговых и других ран
Ученые подтвердили, что BC-ZnO NPs-BDP способствовала насыщению поврежденных тканей кислородом и уменьшала гипоксию, что, в свою очередь, приводило к более быстрому заживлению раны. Улучшалась также микроциркуляция в участке ожога, что повлияло на скорость кровотока в капиллярах, артериолах (мелкие артерии), венулах, а также улучшило свертываемость крови. При обработке раны повышается активность важного защитного фермента — глутатион редуктазы (GR). GR превращает окисленную форму глутатиона в его сульфгидрильную форму, которая оказывает мощное антиоксидантное действие и поддерживает редокс-баланс.
По словам исследователей, такой композиционный материал можно считать прорывом в области лечения и регенерации ран. Он может применяться не только против ожогов, но и против диабетических язв на ногах. «Пленка может ложиться на любую площадь, любую поверхность, обволакивая покровы», — утверждает Нина Мельникова, одна из авторов научной работы. BC-ZnO NPs-BDP может применяться не только в виде пленки, но и в других лекарственных формах — например, порошка, геля или аэрозоля. Универсальность материала позволяет делать на его основе противовирусные препараты и антибиотики — благодаря бактерицидным свойствам. Это станет целью будущих исследований.