В России создают материалы нового поколения, способные не просто «закрывать» раны, а управлять процессом их заживления. Ученые разрабатывают «умные» системы, которые ускоряют регенерацию тканей, уменьшают воспаление и снижают риск осложнений...
Лечение травм, ожогов и повреждений мышечной, соединительной и нервной тканей остается одной из наиболее сложных задач современной медицины. Травмированные ткани могут серьезно ограничивать функции организма, приводя к ухудшению качества жизни и даже тяжелой инвалидности. Так, повреждения мышц снижают силу и подвижность конечностей, травмы нервной ткани нарушают чувствительность и координацию движений, а глубокие ожоги и рубцевание ограничивают амплитуду движений и подвижность кожи. Нередко такие повреждения сопровождаются риском инфекций, хронического воспаления, делая процесс восстановления длительным и сложным.
Сегодня медицинское сообщество ищет новые материалы и технологии, которые не просто «закрывают» рану, а активно стимулируют регенерацию мышечной и нервной тканей, а также восстановление их подвижности и функций, уменьшая воспаление и риск образования рубцов. Такие разработки способны значительно сократить сроки реабилитации, снизить осложнения и повысить шансы пациента на полное восстановление.
Традиционные методы лечения и их ограничения
До появления современных перевязочных материалов и антибиотиков для борьбы с кровотечениями, инфекциями и травмами применяли подручные средства, например, травы и смолы для дезинфекции, масла и мази для восстановления ткани, а чтобы остановить кровотечение или предотвратить инфицирование, прибегали к прижиганию ран. Для создания защитного слоя вокруг поврежденного места применяли компрессы из хлеба, меда и глины, которые частично удерживали влагу и замедляли разложение, но полностью контролировать инфекцию и значительно стимулировать восстановление тканей, конечно, не могли.
Одним из первых перевязочных материалов, получивших широкое распространение, была корпия, которая оставалась востребованной вплоть до XIX века. Корпия представляла собой распущенную на нити старую льняную ткань. Для ее изготовления использовали изношенные полотенца, скатерти, постельное и нательное белье. Процесс разделения ткани на нити был простым, но утомительным, и им часто занимались выздоравливающие в госпиталях. Корпия применялась повсеместно, выполняя ту же функцию, что и вата с бинтами. Однако ее серьезным недостатком было отсутствие надлежащей стерильности: хотя белье стирали, при подготовке корпии оно многократно соприкасалось с руками и хранилось в открытом виде, таким образом нередко являясь причиной инфицирования ран. В XX веке развитие промышленности привело к созданию новых перевязочных материалов, появились марлевые повязки, вата, эластичные и резиновые бинты.
Эти средства стали стандартом лечения, обеспечивая защиту раны от внешней среды. Однако и они имели ограничения: могли пересыхать или, напротив, задерживать избыток влаги, вызывая мацерацию (прим.ред: переувлажнение) кожи. Кроме того, при перевязках и снятии старых повязок нередко травмировались едва образовавшиеся новые ткани. Все, кто в детстве падал с велосипеда или разбивал коленки об асфальт, наверняка помнят, как больно было снимать старые бинты: кожа прилипала, а рана словно заново открывалась. Все это побуждало искать новые материалы, облегчающие лечение обширных травм и повреждений тканей.
Новые материалы в медицинской практике
В наше время перевязочные средства далеко ушли от обычной марли. Им под силу уже не просто прикрыть рану, а помочь ей заживать быстрее и безопаснее. Главное отличие современных материалов от традиционных марлевых или тканевых повязок — активное участие в процессе заживления. Они не только защищают рану, но и помогают контролировать влажность, доставку лекарств, кислородный режим и даже направлять рост клеток, уменьшая воспаление и ускоряя восстановление тканей. В области разработки материалов для регенеративной медицины можно назвать несколько ключевых направлений, над которыми особенно активно работают ученые и медики.
- Гидрогели — гелеобразные структуры на основе полимеров, чаще биосовместимых и биоразлагаемых, таких как желатин, альгинат, полиэтиленгликоль или коллаген. Они удерживают влагу, защищают рану от инфекции, регулируют химическую среду и ускоряют заживление ожогов и хирургических ран. Гидрогели начали активно применяться в медицине с 1960–1970-х годов, когда появились первые синтетические полимерные гели. С тех пор их использование значительно расширилось в клинической практике, прежде всего в специализированных ожоговых и хирургических центрах, а также в многопрофильных стационарах.
- Мембранные и губчатые перевязочные материалы получили развитие в конце XX века и в настоящее время в основном используются в комбустиологии (прим. ред.: ожоговой медицине), хирургии и травматологии. Они изготавливаются из биосовместимых полимеров — коллагена, хитозана, полиуретанов или их композиций. Мембранные покрытия обеспечивают механическую защиту поврежденной поверхности и регулируют газообмен, создавая оптимальные условия для заживления. Губчатые структуры, в свою очередь, способны равномерно распределять лекарственные препараты и поддерживать каркас для регенерации тканей, что особенно важно при лечении обширных ожогов и хронических ран.
- Трубчатые матрицы и каркасы для регенерации представляют собой конструкции из биоразлагаемых полимеров, коллагена или гидрогелей с заданной микроструктурой, которые служат направляющим каркасом для роста клеток, сосудов и нервных волокон. Их основное назначение — обеспечение направленного восстановления поврежденных тканей и формирование функционально полноценных структур. В клинической практике такие технологии чаще применяются в стоматологии для восстановления мягких тканей в области десен и имплантации и ограниченно — в специализированных центрах при реконструктивных операциях, а также в нейрохирургии, сосудистой хирургии. Несмотря на многообещающие результаты, широкое распространение этих технологий сдерживается высокой стоимостью, а также необходимостью дальнейших клинических испытаний и стандартизации методик. На сегодняшний день в ведущих научных центрах ведутся перспективные разработки, развивающие это направление. Например, в Медицинском колледже штата Пенсильвания (США) разрабатываются каркасные системы с добавлением цитрата и фолиевой кислоты для стимуляции регенерации периферических нервов. Эти конструкции уже показали обнадеживающие результаты в экспериментах на животных и рассматриваются как потенциально применимые для лечения повреждений нервной ткани у человека.
Ткани из пробирки и биочернила для принтера: российские разработки в области регенеративной медицины
В России ученые также активно создают новые материалы, например, имитирующие структуру мышечной ткани. В перспективе подобные материалы смогут применяться для восстановления мышц после тяжелых травм и для тестирования лекарственных препаратов. Скелетная мышечная ткань человека плохо восстанавливается при больших повреждениях — более 20% массы мышцы. Сегодня в таких случаях применяют аутотрансплантацию, то есть пересадку собственных тканей пациента. Однако этот метод ограничен: часто нет достаточного участка для забора ткани, а сама операция может привести к осложнениям или потере функции донорской области.
Альтернативой становится выращивание биоэквивалента мышечной ткани in vitro, то есть в пробирке. В Национальном исследовательском технологическом университете МИСИС получили первые лабораторные результаты: трехмерные клеточные структуры — сфероиды — интегрированы в полимерный матрикс с ориентированными микроволокнами. Это создает фундамент для направленного роста молодых мышечных клеток миобластов и формирования мышечных волокон.
По словам Елизаветы Кудан, заведующей лабораторией тканевой инженерии и регенеративной медицины НИТУ МИСИС, технология требует точного подбора полимеров: они должны быть биосовместимыми, биоразлагаемыми и электропроводными, а для включения сфероидов нужен водорастворимый полимер. Концентрация клеток в сфероидах также важна: слишком плотные структуры могут страдать от гипоксии в центре, а слишком тяжелые — оседать в полимере и распределяться неравномерно.
Создание таких биомиметических тканей (прим. ред.: искусственных материалов, имитирующих свойства натуральных тканей) открывает новые возможности также и для персонализированного тестирования лекарств, снижая необходимость в экспериментах на животных, ускоряя внедрение препаратов в клинику и повышая эффективность лечения пациентов.
Еще одним прорывом российских разработок в области лечения обширных травм стала работа ученых Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарёва, которые создали уникальный биоматериал на основе бактериальной целлюлозы, предназначенный для восстановления поврежденных соматических нервов и протезирования кровеносных сосудов.
Соматические нервы отвечают за осознанные движения и чувствительность, соединяя головной и спинной мозг с мышцами и кожей. Их повреждение в результате травм — одна из главных причин утраты трудоспособности. Традиционные методы лечения не стимулируют рост нейритов и не способны полностью восстановить поврежденные клетки, что делает поиск новых подходов крайне актуальным.
Эта технология не имеет аналогов и уже рассматривается как основа для новых хирургических методов, а в будущем может применяться и в сосудистой хирургии.
Разработанный материал имеет трубчатую структуру, полностью совместим с организмом и способствует ускоренному восстановлению нервных волокон. На его основе также создаются гидрогели с активными соединениями, которые запускают процессы регенерации. Следующий шаг в исследовании — завершение клинических испытаний аналогов кровеносных сосудов разного диаметра.
О важном успехе российских исследователей в области регенеративной медицины было заявлено недавно на пресс-конференции Российского научного фонда. Ученые создали биоразлагаемый полимер с микрокамерами, которые постепенно высвобождают активные вещества прямо в поврежденную ткань. Это ускоряет заживление и снижает риск образования рубцов. Для стимуляции сосудов и подавления микробов в материалах использованы антиоксидант дубильная кислота и перкарбонат натрия, обладающий дезинфицирующими свойствами. На гидрогелевой подложке полимер удерживает влагу и остается эластичным. Испытания на клеточных культурах и лабораторных животных показали впечатляющие результаты: на седьмой день площадь ран, обработанных этим материалом, была почти вдвое меньше, чем у контрольной группы без лечения. Разработка потенциально поможет ускорить восстановление тканей, улучшить эстетический результат лечения и снизить риск возникновения осложнений.
Непосредственно связан с регенеративной медициной и проект портативного биопринтера «Биоган», разрабатываемого в Сеченовском университете. Он предназначен для печати тканевого эквивалента кожи, который поможет лечить труднозаживающие язвы, включая диабетические.
Для работы устройства созданы комбинированные биочернила: гидрогель на основе желатина с клетками пациента и внеклеточными везикулами, которые стимулируют регенерацию и подавляют воспаление, а также сшивающие агенты для формирования прочной гелеобразной структуры. При смешивании компонентов происходит реакция, напоминающая действие двухкомпонентного клея, и образуется устойчивый гидрогель, который легко наносится на рану.
Особенность данной технологии — тщательный контроль распределения клеток и поддержание оптимальных условий среды, чтобы клетки не деградировали и могли эффективно развиваться. После нанесения гидрогель затвердевает под ультрафиолетом, а инфракрасное излучение стимулирует рост клеток.
Разработка открывает перспективы создания персонализированных кожных имплантатов, которые ускоряют заживление и минимизируют осложнения у пациентов с тяжелыми и хроническими ранами.
Все эти исследования демонстрируют, что российская регенеративная медицина активно движется в сторону создания инновационных решений, которые не просто лечат, а восстанавливают функции органов и тканей, открывая путь к новому уровню медицинской помощи.
Будущее регенеративной медицины: от защиты к активному восстановлению тканей
Современные материалы для лечения ран и повреждений постепенно уходят от чисто защитной функции «повязки» и начинают активно участвовать в процессе восстановления тканей. Они не просто закрывают рану, а создают условия для роста клеток, модулируют воспаление, стимулируют ангиогенез и ускоряют регенерацию.
Тренд смещается к созданию биоэквивалентов тканей и биосовместимых конструкций, способных не только ускорять заживление, но и фактически замещать поврежденные участки мышц, нервов или кожи. Использование трехмерных клеточных структур, микрокамерных полимеров и биопринтеров открывает новые горизонты для персонализированной медицины и позволяет разрабатывать материалы, адаптированные под конкретного пациента и конкретный тип повреждения. Ожидается, что в будущем сочетание этих материалов с клеточными технологиями и факторами роста приблизит клиническую практику к реализации концепции регенеративной терапии. Это означает, что восстановление тканей будет более полным, безопасным и быстрым, а количество осложнений и длительность лечения — значительно снижены.
Автор текста Анастасия Будаева
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
Изображение на обложке: Freepik
_(AM_650760-18).jpg){kind=link}