Исследователи НИТУ МИСИС разработали биосовместимый гидрогель для заживления ран, который помогает клеткам справляться с окислительным стрессом — одной из главных причин замедленного восстановления тканей. Полимерный материал обеспечивает контролируемое высвобождение антиоксидантного вещества, снижает уровень повреждающих клетки активных форм кислорода и способствует формированию благоприятной среды для регенерации кожи.
Когда организм восстанавливает поврежденную ткань, в области раны развивается воспаление. Однако если этот процесс затягивается, в тканях накапливается избыток активных форм кислорода — химически активных молекул, способных повреждать клетки. Данное состояние называют окислительным стрессом. Оно считается одной из ключевых причин медленного заживления ран, особенно при хронических повреждениях кожи.
Для решения данной проблемы коллектив Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС разработал гидрогелевую систему на основе альгината натрия — природного полимера, получаемого из бурых водорослей. Для стабилизации структуры использовали дендримеры, которые выполняют роль молекулярных контейнеров для доставки активного компонента. В качестве антиоксидантного вещества исследователи применили металлопорфирин, способный воспроизводить действие фермента супероксиддисмутазы, защищающего клетки от избытка активных форм кислорода.
Разработанная конструкция сочетает функции всех компонентов системы. Дендримеры обеспечивают эффективную загрузку и защиту порфирина от преждевременного разрушения, а гидрогелевая матрица создает условия для постепенного его высвобождения непосредственно в области повреждения. Исследование показало, что большая часть антиоксиданта высвобождается контролируемо в течение первых суток. Этот механизм особенно важен на ранних этапах заживления, когда клетки наиболее подвержены действию окислительного стресса.
Ученые подтвердили стабильность системы и эффективность включения антиоксидантного компонента в структуру материала. Кроме того, гидрогель сохранял целостность в течение длительного времени и обладал характеристиками, необходимыми для использования в составе современных медицинских покрытий.
«Биологические испытания проводились на клетках кожи человека. Результаты показали, что материал не оказывает токсического воздействия на кератиноциты и фибробласты — основные клетки, участвующие в восстановлении кожных покровов. Их жизнеспособность оставалась высокой даже после нескольких суток контакта с гидрогелем», — отметил к.б.н. Никита Яббаров, доцент Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС.
После подтверждения биосовместимости исследователи оценили функциональную активность гидрогеля в условиях искусственно смоделированного окислительного стресса. Эксперименты показали, что система значительно снижает уровень избытка внутриклеточных активных форм кислорода. Это также подтверждает способность разработанной композиции защищать клетки от окислительного повреждения.
«Еще одним важным результатом стало влияние материала на иммунные клетки — макрофаги. Они играют ключевую роль в заживлении ран: одни их типы поддерживают воспаление, а другие, наоборот, способствуют восстановлению тканей. Разработанный гидрогель стимулировал переход макрофагов к прорегенеративному состоянию, которое связано с формированием новых тканей и завершением воспалительного процесса», — отметила соавтор исследования, студентка Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Дарья Зиновьева.
Директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдор Сенатов: «Полученные результаты позволяют рассматривать новую гидрогелевую систему как перспективную платформу для создания современных биосовместимых ранозаживляющих покрытий. В дальнейшем технология может лечь в основу материалов для восстановления кожи и слизистых оболочек, в которых необходимо одновременно контролировать воспаление, защищать клетки от окислительного повреждения и стимулировать естественные процессы регенерации. Особенно важно отметить, что эта выпускная квалификационная работа студентки, выполненная на уровне серьезного научного исследования. А проблематика и актуальность продиктована партнерами нашего университета по консорциуму "Инженерия здоровья", созданному по инициативе МИСИС в рамках программы "Приоритет-2030"».
Фото: пресс-служба НИТУ МИСИС/Сергей Гнусков
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.