Химики разработали наноразмерную биоразлагаемую повязку для ран
Ученые из Техасского университета A&M объединили возможности химии на основе органических наноматериалов и природного продукта из панцирей ракообразных, чтобы создать решение для остановки кровопотери — от больницы до поля боя.
Кровоизлияние — одна из ведущих причин смерти при травмах, занимающая четвертое место в США с общим ущербом в $671 млрд в 2013 году. Междисциплинарная группа под руководством химика Карен Вули разработала биоразлагаемую раневую повязку. Она усиливает уже доказанные кровоостанавливающие свойства хитозана — природного материала, широко используемого в коммерческих повязках, — за счет перевода его в наноразмерное состояние.
Группа под руководством аспиранта-химика и стипендиата NASA Эрика Леонхардта успешно инкапсулировала сильно переплетенные нановолокна хитозана в сахарном гидрогеле. Этот гидрогель растворяется всего за семь дней, оставляя большую площадь для заживления и устраняя необходимость последующего физического удаления. Результаты опубликованы в Nature Communications.
"Биоразлагаемые повязки, которые можно нанести и оставить в месте травмы, востребованы в различных сценариях кровопотери", — сказал Леонхардт, первый автор статьи. — "Наши композитные материалы пластичны, их легко наносить на раны. Они показали значительно лучшие результаты в снижении объема кровопотери и времени до гемостаза по сравнению с коммерчески доступными биоразлагаемыми повязками в нескольких моделях на животных".
Помимо Леонхардта, в команду вошли аспирант по материаловедению Нари Канг, доктор Махмуд Эльсабахи (содиректор Центра наномедицины) и доктор Мостафа А. Хамад (профессор хирургии).
Эльсабахи отметил, что, хотя хитозан эффективен для замедления кровотока и обладает антимикробными свойствами, он имеет тенденцию к агломерации (образованию комков). Команда преодолела это препятствие, загрузив хитозан в наноструктурированный шаблонный каркас, чтобы лучше диспергировать его и увеличить взаимодействие с компонентами крови, ускорив всасывание и заживление.
Исследователи разработали гидрогели из циклодекстринов — типа сахаридов с гидролитически разлагаемыми связями. Эти гидрогели содержали участки, способные ионно взаимодействовать и связываться с молекулами хитозана. После лиофильной сушки композитного материала они удалили шаблонный каркас. Сканирующая электронная микроскопия показала, что хитозан собрался в маты сильно переплетенных нановолокон диаметром около 10–20 нанометров.
"Эти волокна не только значительно меньше ранее описанных для хитозана, но и высоко желательны, поскольку соответствующее увеличение площади поверхности, как ожидается, значительно усилит гемостатический эффект", — сказал Эльсабахи, автор идеи проекта.
На сегодняшний день команда протестировала композитные повязки на повреждениях печени у крыс, кроликов и свиней, измеряя объем кровопотери, время до гемостаза и среднее артериальное давление. Повязки также имплантировали в печень и визуализировали через семь дней для оценки биодеградации. Остатков материалов не наблюдалось ни в одном из случаев.
"Кровоизлияние ответственно за более чем 35% смертей на догоспитальном этапе и более 40% смертей в первые 24 часа после травмы", — отметил Леонхардт. — "Гемостатические повязки могут снизить заболеваемость и смертность за счет раннего контроля кровотечения".
Вули планирует продолжить работу, оценивая материалы в исследованиях, моделирующих смертельные кровотечения, с последующими клиническими испытаниями. Также она намерена изучить механизм формирования нановолокон хитозана внутри шаблонных каркасов, чтобы в конечном итоге добиться контроля над сборкой и оптимизировать морфологию повязок.