Красноярские ученые разработали нетканые раневые покрытия из разрушаемых биополимеров, которые обеспечивают быстрое заживление кожных ран. Повязки показали свою эффективность в эксперименте на лабораторных животных с модельными повреждениями кожных покровов. При использовании биополимерной повязки в сочетании с культурой клеток соединительной ткани заживление раны происходило в три с половиной раза быстрее, чем заживление под обычными тканевыми повязками. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Materials Science: Materials in Medicine.

Внешний вид биополимерных повязок (слева вверху...

Внешний вид биополимерных повязок (слева вверху), формирующаяся живая ткань на поверхности повязки, клетки соединительной ткани на повязке при окрасках на наличие ядер (синий цвет), на форму и количество клеток (зеленый цвет). Фото: авторы исследования

Повреждение кожи — одно из наиболее распространенных травматических воздействий требующих лечения. Материалы, которые используются для лечения ран, должны обладать рядом очевидных свойств — рана должна дышать под повязкой и оставаться влажной, клетки кожи — активно делиться, обеспечивая скорейшее закрытие повреждения, а болезнетворные микроорганизмы — нет. Повязка должна быть достаточно эластичной и прочной, чтобы не травмировать заживающие ткани при движениях и частых перевязках. Не смотря на кажущуюся простоту, подобрать материал, отвечающий этим требования, не легко. Ученые из Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН и Сибирского федерального университета создали повязки из биополимеров для лечения повреждений кожи.

Биополимеры — это естественный продукт жизнедеятельности бактерий. Ранее красноярские ученые разработали технологии культивирования специализированных бактерий с большим накоплением полимера внутри клеток, способы его выделения и очистки, а также научились получать полимеры с заданными свойствами. Для раневых повязок были использованы образцы полимеров, подходящие для заживления мягких тканей. Нетканые волокнистые покрытия получали методом электроспиннинга (электроформования). Под действием электрического поля из полимерного раствора вытягивали тончайшие нити и фиксировали на подложке, которую потом удаляли. В результате получилось нетканое пористое (на микроуровне) полотно, в котором микроволокна ориентированы произвольным образом. В результате был создан биотехнологический эквивалент кожи, основой которого является биоразрушаемая полимерная мембрана, обеспечивающая клеткам кожи условия для роста и размножения. Затем мембраны засевали клетками соединительной ткани и накладывали на раны лабораторных крыс.

«Существует большое количество препаратов и материалов для лечения повреждений кожи с разной эффективностью. Идеальным будет материал, который после нанесения на рану обеспечит заживление и сам «исчезнет». Сейчас возникло целое направление по созданию конструкций из биоматериалов, которые совместимы с живыми тканями. Мы использовали материалы на основе биополимеров, выращенных в нашей лаборатории, которые не отторгаются живыми тканями. Для дополнительного усиления регенерации в ране мы использовали клетки соединительной ткани животных. Мы наблюдали не только поверхностное закрытие раны эпидермисом, но и формирование полноценной структуры всех слоев кожи — с восстановлением сальных желез, волосяных фолликулов. Это очень хороший результат», — комментирует результаты исследования доктор биологических наук, заведующая лабораторией Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН, профессор Сибирского федерального университета Татьяна Волова.

В исследовании сравнивали, как восстанавливается рана с использованием традиционной повязки, полимерных покрытий без клеток и полимерных покрытий с добавлением клеток соединительной ткани. Последнее раневое покрытие можно назвать сложной биоинженерной конструкцией. При создании мембраны из биополимера методом электроформования получается конструкция близкая по своим свойствам к строению соединительно-тканного каркаса кожи. Для того чтобы усилить восстановительный эффект в нее встраивали живые клетки. Для этого из линии подопытных крыс брали клетки, способные развиваться в клетки любой ткани — мультипотентные стволовые клетки. Далее создавали им условия для преобразования в клетки соединительной ткани, а затем вносили в состав покрытий. Использование биополимерной повязки в которую были внедрены клетки соединительной ткани ускорило заживление раны почти в четыре раза. При этом произошло полное восстановление структуры кожи.

«Наш материал отвечает трем важным требованиям к материалам для тканевой инженерии: он биосовместимый, биоинертный и биоразлагаемый. То есть с одной стороны, повязка не отторгается организмом, а с другой — препятствует образованию фиброзного рубца. При этом материал постепенно разрушается и его не надо удалять из раны, травмируя ее. Есть препараты, которые усиливают регенерацию кожи, но, как правило, любая повязка ее немного замедляет, и эту проблему мы и постарались решить», — пояснила доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН, заведующая кафедрой медицинской биологии Сибирского федерального университета Екатерина Шишацкая.

Исследование выполнено коллективом биофизиков, биотехнологов и медиков при поддержке Правительства Красноярского края в виде совместного гранта Красноярского краевого фонда науки и Российского фонда фундаментальных исследований.