Создана «умная» повязка на рану, которая вводит антибактериальные препараты только при необходимости.
Внешне невозможно сказать, будет ли рана без проблем заживать под повязкой или бактерии проникнут в поврежденную ткань и вызовут воспаление. В целях безопасности перед наложением повязки на рану наносят дезинфицирующие мази или антибиотики. Однако эти профилактические меры необходимы не во всех случаях. Таким образом, лекарства тратятся впустую, а раны перелечиваются.
Что еще хуже, расточительное использование антибиотиков способствует появлению полирезистентных микробов, которые представляют собой огромную проблему для глобального здравоохранения. Исследователи Empa из двух лабораторий Empa Biointerfaces и Biomimetic Membranes and Textiles в Санкт-Галлене хотят изменить это. Они разрабатывают повязку, которая самостоятельно вводит антибактериальные препараты только тогда, когда они действительно необходимы.
Идея междисциплинарной группы под руководством Цюнь Рена и Фей Пана: повязка должна быть «нагружена» лекарствами и реагировать на раздражители окружающей среды . «Таким образом, раны можно было лечить по мере необходимости в нужный момент», — объясняет Фей Пан. В качестве стимула окружающей среды команда выбрала хорошо известный эффект: повышение температуры в инфицированной, воспаленной ране.
Идеальная смесь
Теперь команде нужно было разработать материал, который бы соответствующим образом реагировал на это повышение температуры. Для этого был разработан совместимый с кожей полимерный композит, состоящий из нескольких компонентов: акрилового стекла (полиметилметакрилата, или ПММА), которое используется, например, для очковых линз и в текстильной промышленности , и биосовместимой полимерной смеси Eudragit. который используется, например, для покрытия таблеток. Электроформование использовалось для переработки полимерной смеси в тонкую мембрану из нановолокон. Наконец, октенидин был инкапсулирован в нановолокна в качестве лечебно-активного компонента. Октенидин — это дезинфицирующее средство, быстро действующее на бактерии, грибки и некоторые вирусы. В здравоохранении может применяться на коже, на слизистых оболочках .и для дезинфекции ран.
Разрушающая перчатка
«Для того, чтобы мембрана действовала как «умная повязка» и действительно выделяла дезинфицирующее средство, когда рана нагревается из-за инфекции, мы собрали полимерную смесь ПММА и Eudragit таким образом, чтобы мы могли регулировать стеклование . температура соответственно», — говорит Фэй Пан. Это температура, при которой полимер переходит из твердой консистенции в эластичное, закаленное состояние. Образно говоря, эффект часто описывают наоборот: если вы поместите резиновую перчатку в жидкий азот при температуре -196 градусов, она изменит свою консистенцию и станет настолько твердой, что вы можете разбить ее, как стекло, одним ударом.
Желаемая температура стеклования полимерной мембраны, с другой стороны, находилась в диапазоне 37 градусов. Когда начинается воспаление и кожа нагревается выше своей нормальной температуры в 32-34 градуса, полимер переходит из твердого состояния в более мягкое. В лабораторных экспериментах команда наблюдала, как дезинфицирующее средство высвобождается из полимера при 37 градусах, но не при 32 градусах. Еще одно преимущество: процесс обратим и может быть повторен до пяти раз, так как процесс всегда «выключается» при остывании. После этих многообещающих первоначальных испытаний исследователи Empa теперь хотят отрегулировать эффект. Вместо температурного диапазона в четыре-пять градусов умная повязка уже должна включаться и выключаться при меньших перепадах температур.
Умный и беспощадный
Чтобы исследовать эффективность мембран из нановолокна против раневых микробов, в настоящее время проводятся дальнейшие лабораторные эксперименты. Руководитель группы Цюнь Рен долгое время интересовался микробами, которые гнездятся на границе между поверхностями и окружающей средой, например, на кожных ранах. «В этой биологической среде, своего рода нейтральной полосе между телом и перевязочным материалом, бактерии находят идеальную биологическую нишу», — говорит исследователь Empa. Инфекционные агенты, такие как стафилококки или бактерии Pseudomonas, могут вызывать тяжелые нарушения заживления ран. Именно этим раневым микробам команда позволила познакомиться с умной повязкой в чашке Петри. И действительно: количество бактерий сократилось примерно в 1000 раз, когда октенидин был высвобожден из умной повязки.
«С октенидином мы добились доказательства принципа контролируемого высвобождения лекарства под действием внешнего раздражителя», — сказал Цюнь Рен. В будущем, по ее словам, эту технологию можно будет применить к другим видам лекарств, повысив эффективность и точность их дозировки.
