Наноматериал двойного действия быстро заживляет раны у диабетических животных
Поверхностные раны для одних могут быть опасными для жизни для других. Заживление диабетических ран, особенно на стопах, может быть медленным, что повышает восприимчивость тканей к инфекции. Язвы стоп и другие осложнения диабетической стопы имеют уровень смертности, сопоставимый с некоторыми видами рака, однако прогресс в улучшении методов лечения застопорился. Теперь исследователи, возможно, нашли лучший способ запустить процесс заживления.
Биоинженеры из Университета штата Аризона (ASU) разработали многоэтапную стратегию, которая применяет различные наноматериалы к ранам в разное время для поддержки как ранней, так и поздней стадий заживления. В исследовании, опубликованном в журнале Biomaterials, метод авторов превзошел стандартную повязку в модели диабетических мышей, быстрее закрывая раны и формируя более прочную кожную ткань.
«Заживление раны похоже на строительство дома. Сначала нужно заложить фундамент, прежде чем проводить коммуникации», — сказал соавтор Джордан Ярон, Ph.D. «В нашем подходе мы учитываем, на какой стадии находится рана. Обеспечение правильного лечения в нужное время — ключ к успеху».
Анализ исследователей также показал, что их подход неожиданно активировал популяцию иммунных клеток, обычно не встречающуюся в ранах, которая может разрешать воспаление, что указывает на новый потенциальный путь ускорения заживления.
Многостороннее решение для сложной проблемы
Стандартная клиническая практика — содержать раны в чистоте и использовать повязку для защиты во время заживления. Этот подход работает для большинства травм, но недостаточен для пациентов с такими состояниями, как диабет, которые нарушают процесс заживления. Диабет может нарушать функцию различных иммунных клеток.
Исследователи разработали стратегию лечения таких ран и сравнили ее с обычной повязкой на модели диабетических мышей.
Первый этап: команда создала повязку из наноматериала на основе шелка с внедренными золотыми наностержнями. Поскольку золотые наночастицы легко преобразуют свет в тепло, исследователи направили лазер на повязки, наложенные на свежие раны мышей. Тепло быстро зафиксировало повязку на месте, обеспечив высокий уровень защиты. Этот метод создает нечто вроде мгновенной коросты.
В этот раз авторы добавили в состав гистамин — естественный биохимикат, вырабатываемый иммунной системой, который играет важную роль в воспалении, развитии кровеносных сосудов и аллергических реакциях. Диабетические раны могут «застревать» в фазе хронического слабовыраженного воспаления, что тормозит заживление. Целью была доставка гистамина для «толчка», чтобы перевести воспалительную стадию к разрешению.
Мыши, получавшие комбинацию наноматериальной повязки и гистамина, заживали быстрее всех по сравнению с теми, кто получал стандартную повязку с гистамином или только наноматериальную повязку. Зажившая кожа в этой группе была самой прочной и наиболее похожей на неповрежденную.
Анализ тканей показал, что в обработанных ранах вплоть до семи дней после травмы была высокая распространенность специфического типа иммунных клеток — N2 нейтрофилов. Эти клетки-«первопроходцы» иммунной системы обычно исчезают в течение дня или двух, поэтому их присутствие через неделю крайне необычно. Поскольку они известны производством гистамина и других восстанавливающих молекул, возможно, именно эти иммунные клетки являются ключевым элементом лечения.
Второй этап: чтобы ускорить пост-воспалительную фазу, когда клетки proliferate и ремоделируют ткань, исследователи использовали второе лечение. Они вводили в ложе раны (под повязку) наночастицы, полученные из двух специфических факторов роста — белков, естественных для организма, которые способствуют формированию кожной ткани.
Наилучшие результаты по закрытию раны и прочности ткани были достигнуты при введении этих наночастиц на шестой день, что соответствует переходной фазе начала пролиферации и ремоделирования.
Получив многообещающие результаты на мышах, авторы теперь тестируют свою стратегию на более крупных животных моделях, более релевантных для здоровья человека, например, на свиньях.
«Авторы объединили ранее существовавшие компоненты уникальным образом. Учитывая время доставки биоактивных веществ и анализируя иммунный ответ, команда провела впечатляющее исследование», — отметил Дэвид Рампулла, Ph.D., директор отдела Discovery Science and Technology в Национальном институте биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB).