Новый кислородный гель может предотвратить ампутацию у пациентов с диабетическими ранами
По мере старения населения и роста распространения диабета хронические раны затрагивают всё больше людей, чем когда-либо. Эти медленно заживающие травмы значительно повышают риск инфекций, повреждения тканей и ампутации. Исследователи из UC Riverside разработали новый гель для доставки кислорода, предназначенный для заживления ран и предотвращения ампутации.
Рана, которая остаётся открытой дольше месяца, классифицируется как хроническая. Во всем мире около 12 миллионов человек ежегодно сталкиваются с хроническими ранами. Примерно один из пяти из этих пациентов в итоге столкнётся с ампутацией.
Исследовательская группа сосредоточилась на том, что они считают центральной причиной хронических ран — нехватке кислорода глубоко внутри повреждённых тканей. Когда уровень кислорода слишком низкий, раны остаются в затяжной воспалительной фазе. Такая среда способствует росту бактерий и разрушению тканей вместо восстановления.
«Хронические раны не заживают сами по себе», — сказала Иман Ношади, доцент биоинженерии UCR, возглавляющая исследовательскую группу. «Заживление хронических ран состоит из четырёх стадий: воспаление, сосудистое, когда ткани начинают формировать кровеносные сосуды, ремоделирование и регенерация или заживление. На любой из этих стадий отсутствие стабильной подачи кислорода — серьёзная проблема», — сказал он.
Когда кислород из кровотока или окружающего воздуха не может проникнуть в более глубокие слои ткани, развивается состояние, называемое гипоксией. Гипоксия нарушает нормальный процесс заживления организма. Команда описала свои исследования в журнале «Nature Communications Material».
Мягкий и гибкий гель изготовлен из воды и жидкости на основе холина, которая является антибактериальной, нетоксичной и биосовместимой. При подключении к небольшой батарейке, похожей на те, что используются в слуховых аппаратах, материал действует как миниатюрное электрохимическое устройство. Оно расщепляет молекулы воды и со временем постепенно высвобождает кислород.
В отличие от методов, которые обеспечивает кислород только на поверхности, этот гель адаптируется к точной форме раны. Прежде чем он затвердеет, он заполняет небольшие пробелы и неровные участки, где уровень кислорода обычно самый низкий, а риск заражения выше.
Непрерывная доставка кислорода крайне важна. Образование новых кровеносных сосудов может занять недели, и короткие всплески кислорода недостаточны для длительного восстановления. Эта система может поддерживать кислородный поток до месяца, помогая застопорившейся ране вернуть более типичный процесс заживления.
Для тестирования технологии учёные изучали диабетиков из пожилых мышей, поскольку их раны напоминают хронические раны у пожилых людей. У нелеченных животных травмы не закрывались и часто приводили к летальному исходу. Когда пластырь с кислородом накладывался и заменялся каждую неделю, раны заживали примерно за 23 дня, и животные выживали.
«Мы могли бы сделать этот пластырь продуктом, где гель может периодически обновляться», — сказал Дэвид Окоро, докторант биоинженерии UCR в лаборатории Ношади и соавтор статьи.
Потенциальные применения выходят за рамки лечения хронических ран. Дефицит кислорода и питательных веществ является серьёзными препятствиями в усилиях по выращиванию замещающих тканей и органов, что является долгосрочной целью лаборатории Ношади.
Некоторые причины, лежащие в основе роста хронических ран, нельзя решить только медицинским устройством. Вместе со старением и диабетом роль играют и факторы образа жизни.