Ученые разработали "умную" технику заживления ран
Новое исследование, опубликованное в журнале Современные материалы, открывает путь к «новому поколению материалов, которые активно работают с тканями, способствуя заживлению [ран]».
По мере того как в Соединенных Штатах проводится все больше и больше хирургических вмешательств, количество инфекций в области хирургического вмешательства также растет.
Хронические незаживающие раны, такие как те, которые возникают при диабете, часто содержат широкий спектр бактерий в форме биопленок.
Такие биопленочные бактерии часто очень устойчивы к лечению, а устойчивость к противомикробным препаратам только увеличивает вероятность инфицирования этих ран.
По последним оценкам, хронические раны поражают примерно 5,7 миллиона человек в США. Некоторые хронические раны могут привести к ампутации, как в случае с диабетическими язвами.
На глобальном уровне, по оценкам исследователей, каждые 30 секунд хроническая неизлечимая диабетическая язва вызывает ампутацию.
В этом контексте существует острая потребность в инновационных эффективных методах заживления ран. Новое исследование показывает многообещающие в этом отношении, поскольку ученые разработали молекулу, которая помогает использовать естественные целебные силы организма.
Эти молекулы называются полезными нагрузками, активируемыми тяговым усилием (TrAP). Это факторы роста, которые помогают таким материалам, как коллаген, более естественным образом взаимодействовать с тканями организма.
Бен Альмквист, доктор философии, преподаватель инженерного факультета Имперского колледжа Лондона в Соединенном Королевстве, возглавил новое исследование.
Технология TrAP и заживление ран
Такие материалы, как коллаген, часто используются для заживления ран. Например, коллагеновые губки могут лечить ожоги, а коллагеновые имплантаты могут помочь в регенерации костей.
Но как коллаген взаимодействует с тканью? В так называемых имплантатах каркаса клетки проходят через структуру коллагена, вытягивая каркас за собой. Это запускает заживляющие белки, такие как факторы роста, которые помогают тканям регенерировать.
В новом исследовании Альмквист и его команда сконструировали молекулы TrAP, чтобы воссоздать этот естественный процесс. Ученые «свернули» нити ДНК в аптамеры, которые представляют собой трехмерные формы, которые связываются с белками.
Затем они разработали «ручку» для захвата клеток. Они прикрепляли клетки к одному концу ручки и коллагеновый каркас к другому концу.
Лабораторные тесты показали, что клетки тянули за собой TrAP, когда они перемещались через коллагеновые имплантаты. В свою очередь, это активировало ростовые белки, которые запускали процесс заживления в ткани.
Ученые объясняют, что этот метод воссоздает процессы исцеления, существующие во всем мире природы. «Использование движения клеток для активации исцеления встречается у разных существ, от морских губок до людей», - говорит Альмквист.
«Наш подход имитирует их и активно работает с различными типами клеток, которые со временем попадают в наши поврежденные ткани, чтобы способствовать заживлению», - добавляет он.
«Новое поколение» лечебных материалов
Исследование также показало, что настройка дескриптора клетки изменяет тип клеток, которые могут прикрепляться к TrAP и удерживать их.
В свою очередь, это позволяет TrAP высвобождать персонализированные регенеративные белки на основе клеток, прикрепленных к ручке.
Эта способность адаптироваться к различным типам клеток означает, что метод может применяться к различным типам ран - от переломов костей до повреждений рубцовой ткани, вызванных сердечными приступами, и от повреждения нервов до диабетических язв.
Наконец, аптамеры уже одобрены в качестве лекарств для клинического использования на людях, что может означать, что метод TrAP может стать широко доступным раньше, чем позже.
«Технология TrAP обеспечивает гибкий метод создания материалов, которые активно взаимодействуют с раной и предоставляют ключевые инструкции, когда и где они необходимы», - объясняет Альмквист.
«Этот вид интеллектуального динамического исцеления полезен на всех этапах процесса заживления, имеет потенциал для увеличения шансов организма на выздоровление и имеет далеко идущее применение при лечении многих различных типов ран», - добавляет он.
Исследователь заключает: «[t] его технология потенциально может служить проводником заживления ран, управляя с течением времени различными клетками, чтобы вместе лечить поврежденные ткани».
«Наша технология может помочь запустить новое поколение материалов, которые активно работают с тканями для ускорения заживления».
Бен Альмквист, доктор философии
