Ученые Университета МИСИС и НИИ клинической и экспериментальной лимфологии (филиал Института цитологии и генетики СО РАН) доказали, что биоинженерная конструкция из полимерного материала для терапии хронических труднозаживающих язв при сахарном диабете обладает более выраженным лечебным действием, если на неё предварительно нанести биоактивные компоненты из плазмы крови. С её помощью в течение 10 дней затягивание ран ускоряется на 32,1%, полное заживление с высоким процентом коллагеновых волокон происходит на 19-е сутки. Результаты опубликованы в международном журнале Plasma process and Polymers (Q1).
«Мы исследовали поликапролактоновые нановолокна, поверхность которых была модифицирована лизатом, полученным из богатой тромбоцитами плазмы крови, который представляет собой естественный сбалансированный ансамбль факторов роста, компонентов внеклеточного матрикса и протеогликанов. Данная обработка активировала взаимодействие клеток, стимулировала их миграцию, пролиферацию и дифференцировку для скорейшего заживления раны. Предлагаемая структура нановолокон в качестве основы тканеинженерной констрцкции имитирует архитектонику природного внеклеточного матрикса, которая, в свою очередь, предотвращает формирование рубцовой ткани при заживлении», — рассказал соавтор исследования Филипп Кирюханцев-Корнеев, д.т.н., заведующий лабораторией «In situ диагностика структурных превращений» центра самораспространяющегося высокотемпературного синтеза НИТУ МИСИС.
Следует подчеркнуть, что необработанные синтетические полимерные материалы в большинстве своем гидрофобны, вследствие чего плохо сцепляются с клетками. Для придания им гидрофильных характеристик и повышения биосовместимости требуется модификация их поверхности. Ученые провели плазменную обработку поликапролактоновых нановолокон за счет осаждения тонкого слоя полимера, содержащего карбоксильные группы, на поверхность разрабатываемого материала. Введенные карбоксильные группы улучшили биосовместимость. Они также могут быть использованы для введения в состав материала биоактивных молекул.
«В момент наложения на язву повязки, на нее начинает влиять множество факторов (изменение рН, взаимодействие с жидкостями и клетками организма), поэтому важно присоединять биоактивные молекулы к поверхности материала через стабильные ковалентные связи. Мы исследовали стабильность полученных материалов при трёх характерных для хронических и острых ран значениях pH (4.8, 7,0 и 8,1) в течение нескольких дней. Спустя 8 дней концентрация биоактивных соединений на поверхности сохранялась на уровне ≈ 70% от начальной концентрации, что говорит о высокой стабильности», — подчеркивает соавтор исследования Антон Конопацкий, к.т.н, старший научный сотрудник лаборатории неорганических наноматериалов НИТУ МИСИС.
Активные соединения из богатой тромбоцитами плазмы крови, зафиксированные на полимерной подложке, значительно усилили пролиферацию и миграцию клеток, стимулировали работу макрофагов, что позволило регулировать цитокиновый фон раны и минимизировать процесс воспаления. Доказано ускоренное формирование новых капилляров и эпителизация хронических ран. Эксперимент подробно описан в международном научном журнале Polymers (Q1).
«Как известно, основным компонентом плазмы является альбумин. Этот белок крайне неустойчив в растворах при кислых рН в связи с изменением конформации. При более высоком рН (8,1) белок стабилизируется, и его высвобождение более вероятно. Следовательно, нашу процедуру фиксации активных соединений на поверхности материала можно использовать и для доставки терапевтических агентов с интеллектуально контролируемым высвобождением в зависимости от рН среды», — отметила соавтор исследования Елизавета Пермякова, младший научный сотрудник НИИ клинической и экспериментальной лимфологии.
Подход, основанный на использовании аутологичного материала (плазмы собственной крови пациента), и успешные эксперименты in vivo показали, что разрабатываемые материалы имеют высокие шансы на получение одобрения для их использования в лечебной практике. Внедрение в клинику матриксов на основе плазменно-модифицированных поликапролактоновых нановолокон, содержащих активные компоненты из плазмы крови, позволит значительно снизить стоимость лечения и улучшить качество жизни больных нейропатическими, нейроишемическими и диабетическими язвами.
Проект поддержан грантом Российского научного фонда (проект № 18-75-10057). Часть этой работы (SEM-анализ) выполнена в ходе реализации стратегического проекта НИТУ МИСИС «Биомедицинские материалы и биоинженерия» в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030».