У міру старіння населення та зростання поширеності діабету кількість хронічних ран збільшується, що наражає все більше пацієнтів на ризик ампутації. Дослідники з Каліфорнійського університету в Ріверсайді створили новий гель, що доставляє кисень, призначений для прискорення загоєння таких ран до того, як вони призведуть до втрати кінцівки.
Дослідження опубліковано в журналі Communications Materials.
Травми, що залишаються незагоєними понад місяць, класифікуються як хронічні рани. У всьому світі щороку від них страждають близько 12 мільйонів людей, у тому числі приблизно 4,5 мільйони у Сполучених Штатах. Серед цих пацієнтів приблизно кожен п'ятий зрештою зазнає ампутації, що підкреслює серйозність цього стану.
Розуміння хронічних ран та кисневого голодування
Новий гель, що протестований на тваринних моделях, фокусується на тому, що вважається основною причиною хронічних ран: недостатня кількість кисню глибоко в пошкоджених тканинах. Коли рівень кисню надто низький, рани можуть залишатися в запальному стані, створюючи середовище, в якому процвітають бактерії, і тканини руйнуються замість того, щоб відновлюватися. "Хронічні рани не гояться самотужки", — каже Іман Ношаді, доцент кафедри біоінженерії Каліфорнійського університету в Ріверсайді, який очолював дослідницьку групу.
"Загоєння хронічних ран проходить чотири стадії: запалення, васкуляризація (коли тканина починає утворювати кровоносні судини), ремоделювання та регенерація чи загоєння. На будь-якій із цих стадій відсутність стабільного, постійного надходження кисню є великою проблемою", — пояснює він.
Якщо кисень з повітря або кровотоку не може досягти глибших шарів пошкодженої тканини, розвивається стан, відомий як гіпоксія, що порушує нормальний процес загоєння. Стратегія команди боротьби з гіпоксією за допомогою гелю описана у статті, опублікованій у журналі Nature Communications Materials.
Кисневий гель забезпечує тривале відновлення глибоких тканин
Сам матеріал м'який і адаптований, складається з води та рідини на основі холіну, яка має антибактеріальні, нетоксичні та біосумісні властивості. При підключенні до невеликої батареї, подібної до тих, що використовуються в слухових апаратах, гель діє як мініатюрна електрохімічна система, яка розщеплює молекули води, постійно вивільняючи кисень.
На відміну від методів лікування, які забезпечують подачу кисню тільки на поверхню, цей гель точно підлаштовується під форму рани, проникаючи у невеликі щілини, де зазвичай найменша кількість кисню та найбільший ризик інфікування. Перед твердінням він щільно прилягає до контурів пошкодженої тканини.
Ключовою перевагою є безперервна подача кисню. Оскільки утворення нових кровоносних судин може зайняти тижні, коротких вливань кисню недостатньо. Ця система може підтримувати подачу кисню до місяця, допомагаючи перетворити хронічну рану на рану, що гоїться подібно до звичайної травми.
Експерименти з використанням мишей-діабетиків та старих мишей, у яких розвиваються рани, схожі на ті, що спостерігаються у людей похилого віку, показали разючі результати. Неліковані рани часто не гоїлися і могли бути смертельними. Коли накладався кисневмісний пластир, який замінювався щотижня, рани закривалися приблизно за 23 дні, і тварини виживали.
"Ми могли б зробити цей пластир продуктом, гель якого, можливо, буде потрібно періодично оновлювати", - сказав Прінс Девід Окоро, аспірант кафедри біоінженерії Каліфорнійського університету в Ріверсайді, який працює в лабораторії Ношаді та є співавтором статті.
Подвійна дія спрямована на боротьбу із запаленням та загоєнням
Крім доставляння кисню, гель також впливає на запалення. Холін, один із його основних компонентів, допомагає регулювати імунні реакції та зменшувати надмірне запалення. Хронічні рани часто характеризуються переважанням активних форм кисню – нестабільних молекул, які ушкоджують клітини та продовжують запалення. Забезпечуючи стабільний кисень і одночасно знижуючи цю шкідливу активність, гель допомагає відновити збалансоване середовище для загоєння.
"Існують пластирі, які вбирають рідину, і деякі, які виділяють антимікробні речовини", - сказав Окоро. "Але жоден із них насправді не розв'язує проблему гіпоксії, яка є фундаментальною проблемою. Ми вирішуємо її безпосередньо".
Ширші наслідки для регенеративної медицини
Потенційні сфери застосування виходять за рамки лікування ран. Обмежене постачання киснем та поживними речовинами є серйозною перешкодою на шляху вирощування заміщувальних тканин або органів, що є ключовим напрямком роботи лабораторії Ношади.
"Коли товщина тканини збільшується, стає важко забезпечити її необхідними речовинами, тому клітини починають відмирати", - сказав Ношаді. "Цей проєкт можна розглядати як місток до створення та підтримки більших органів для людей, які їх потребують".
Водночас не всі причини хронічних ран можна усунути лише цим матеріалом. Зростання захворюваності на діабет і старіння населення є основними чинниками, але спосіб життя також грає свою роль.
"Наш малорухливий спосіб життя призводить до зниження імунної відповіді", - сказав він. "Важко дістатися до соціальних коренів наших проблем. Але це нововведення є шансом скоротити кількість ампутацій, покращити якість життя і дати організму все необхідне для самовідновлення".
