Заживляющая паутина

Команда из Национального исследовательского университета ИТМО (Института точной механики и оптики) создала инновационный ранозаживляющий материал. Его уникальность в том, что он изготовлен… из паутины. В прямом смысле этого слова. При этом его можно успешно использовать для наложения швов. Исследования показали, что по свойствам он превосходит биосовместимые и биоразлагаемые нити, которые традиционно используют в хирургии. Но самое удивительное, что на этот раз авторами инновации стали не маститые ученые, а студенты.

Заживление раны представляет собой довольно сложную задачу. Мало удачно провести операцию или зашить ранение. Важно и то, что произойдет потом. Ведь швы даже от неосторожного движения могут разойтись, рана может воспалиться и инфицироваться. Также патогены могут проникать в рану и через наложенные швы.

Риск того, что что-то пойдет не так, тем более без контроля медиков, достаточно высок. В некоторых случаях неблагоприятное стечение обстоятельств приводит к локальному или общему сепсису, к ампутации или даже летальному исходу. Бывает, что рана долго, неделями и месяцами, не заживает, например, если пациент страдает диабетом или еще какими-то недугами. Бывает, она со временем все-таки затягивается, но у человека на всю жизнь остаются рубцы или шрамы, которые можно убрать только с помощью пластической операции. Но не у всех есть на это средства, да и не всегда такие операции показаны.

И еще многое зависит от иммунитета и других индивидуальных факторов. У одного тяжелейшая рана быстро заживет, а у другого легкое ранение приведет к гниению тканей. Еще одна опасность состоит в том, что процесс заражения не всегда очевиден, часто его замечают, когда уже становится довольно поздно.

Свою роль играет и несовершенство хирургических материалов. Никто не даст гарантий, что швы будут оставаться в целости и сохранности, особенно когда пациент покинет лечебное учреждение. Человек постоянно находится под воздействием внешних факторов, которые могут подействовать на швы и раневую поверхность. Предположим, ребенку обработали рану, а он после этого побежал и упал, приложившись как раз этим местом…

Альтернативные способы заживления ран, впрочем, существуют. Например, порой рекомендуют прикладывать к ранам лекарственные растения, скажем подорожник. Но при серьезных повреждениях он вряд ли поможет, его лучше применять как вспомогательное средство.

Довольно эффективно в данных случаях действует физиотерапия. Например, метод электрофореза сочетает воздействие на организм постоянного электрического тока и лекарственного вещества, вводимого с его помощью через кожу, слизистые оболочки или раневую поверхность. Методика позволяет вводить лекарство непосредственно в очаг поражения.

Феномен «исцеления» ран электричеством был описан еще полтора столетия назад немецким врачом Эмилем Дю Бойс-Реймондом, но тогда открытию не придали должного значения. Сотрудники Университета города Манчестера (Британия) некоторое время назад успешно применили электричество для лечения незаживающих ран и трофических язв. В ходе эксперимента добровольцам скальпелем наносили на кожу в области плеча искусственные раны диаметром в 5 миллиметров. При этом на одной руке рану просто обрабатывали антисептиком и оставляли заживать естественным образом. А на рану на другой руке в течение двух недель ежедневно воздействовали слабым электрическим током. Выяснилось, что во втором случае заживление происходило намного быстрее.

В 2018 году исследователи из Университета в Висконсине (США) разработали электрическую повязку, которая надевается на рану и подключается к бандажу, обернутому вокруг тела человека и снабженному наногенераторами, получающими питание от движений грудной клетки пациента. В процессе дыхания бандаж то сжимается, то расширяется, возникают электрические импульсы низкой интенсивности, которые поступают в прикрепленные к повязке электроды. Опыты показали, что слабый ток способствует выравниванию клеток-фибробластов – основных клеток соединительных тканей – и образованию биохимических субстанций, помогающих росту ткани.

Одна из версий, выдвинутых учеными, предполагает, что электрический ток влияет на белки, удерживающие вместе клетки сосудов, которые часто повреждаются при ранениях. Это и создает эффект заживления.

Итак, вернемся к проекту ИТМО. Новый материал состоит из двух компонентов. Первый – это шелк паутины норных пауков, которому предстоит служить каркасом для регенерации тканей. Второй – это углеродные точки, способные светиться при поглощении световых лучей с определенной длиной волны. Именно они и позволяют отслеживать процесс заживления ран в режиме реального времени. «Эти наночастицы могут служить сенсором для обнаружения патогенов, поскольку при взаимодействии с ними свечение снижается, и оптический отклик не наблюдается, – рассказывает автор исследования, студентка химико-биологического кластера Университета ИТМО Елизавета Мальцева (да-да, руководитель группы здесь вовсе не какой-нибудь профессор, а будущим светилам науки следует набираться исследовательского опыта еще во время учебы!). – Обычно, когда мы облучаем наш материал синим светом, он становится красным. Но после взаимодействия с патогенами материал перестает светиться. Таким же образом врачи могут проверять, как проходит заживление ран после операции».

По словам Мальцевой, уникальность проекта в том, что ученым удалось вырастить углеродные точки прямо на поверхности паутины, и в итоге получился гибридный материал гораздо прочнее всех известных до сих пор. «Кроме того, разработка поможет врачам быстро отслеживать возможное инфицирование раны после хирургических манипуляций, – сказано в пресс-релизе, который выпустил вуз. – Материал безопасен для организма человека».

Ирина ШЛИОНСКАЯ