Пол МакКлюр
От серебряных нановолокон до интеллектуальных, насыщенных сенсорными ощущениями повязок — следующее поколение технологий заживления ран стирает границы между биологией и инженерией. В новом обзоре рассматривается вопрос о том, что лучше: старые или новые технологии.
Человечество лечит раны с тех пор, как они начали появляться. По мере развития науки и технологий совершенствовались и подходы, разработанные для ускорения заживления ран и борьбы с инфекциями.
Исследователи из Национального университета Тайваня (NTU) провели обзор последних исследований в области передовых технологий заживления ран, опубликованных за последнее десятилетие. Используя данные клинических испытаний, исследований на животных и лабораторных экспериментов, посвященных изучению новых материалов, биологических агентов и интеллектуальных систем доставки, исследователи сравнили эти подходы нового поколения с традиционными перевязочными материалами и методами лечения.
«Объединив различные стратегии заживления в единую скоординированную систему, мы стремимся помочь организму более эффективно восстанавливаться и с меньшим образованием рубцов», — сказал ведущий автор исследования, доктор философии Цзун-Хонг Лин, профессор кафедры биологической инженерии НТУ.
Рана — это любое повреждение или нарушение целостности кожи, которое нарушает её нормальную структуру и функцию. Кожа состоит из трёх слоёв:
- эпидермиса, самого тонкого наружного слоя, который служит барьером для микробов и предотвращает потерю влаги;
- более толстого среднего слоя, дермы, содержащего кровеносные сосуды, нервы, потовые железы и коллаген (который придаёт коже прочность и эластичность);
- и подкожной ткани, самого глубокого слоя: она состоит в основном из жировой и соединительной ткани, которая смягчает удары и изолирует тело.
При ране повреждается или разрушается один или несколько из этих слоев. Поверхностная рана, например, легкая царапина, затрагивает только эпидермис. Рана частичной толщины проникает в дерму, например, волдырь или неглубокий ожог. Рана полной толщины распространяется на все слои кожи и может повредить нижележащие ткани, мышцы или кости. Это включает в себя такие случаи, как глубокая язва или хирургический разрез. Поскольку защитный барьер кожи нарушен, организму приходится прилагать усилия для остановки кровотечения, борьбы с инфекцией и восстановления новых тканей, чтобы закрыть рану и восстановить нормальную функцию кожи.
Исследователи рассмотрели ряд ключевых технологий, в том числе:
- Наноматериалы, такие как наночастицы серебра и нановолокна
- Гидрогелевые каркасы и биоактивные повязки
- Терапию на основе стволовых клеток и факторов роста
- 3D-печатные и электроформованные биоматериалы
- Интеллектуальные датчики и электронные кожные пластыри.
В ходе обзора, посвященного скорости заживления, контролю инфекций, регенерации тканей и результатам лечения пациентов, был сделан вывод, что стратегии заживления ран нового поколения значительно превосходят традиционные методы по пяти ключевым параметрам. Во-первых, они обеспечивают более быстрое заживление и лучшую интеграцию тканей, особенно с использованием гидрогелевых каркасов и нановолоконных повязок, имитирующих внеклеточный матрикс кожи — сложную сеть белков, ферментов и других молекул, обеспечивающих структурную поддержку, эластичность и упругость.
Во-вторых, стратегии нового поколения также привели к снижению частоты инфекций. Наночастицы в повязках и композиты на основе серебра или цинка продемонстрировали выраженные антимикробные свойства.
В-третьих, использование материалов, высвобождающих факторы роста или содержащих стволовые клетки, привело к улучшению результатов лечения хронических ран, особенно диабетических язв и пролежней.
В-четвертых, было обнаружено, что новые «умные повязки» со встроенными датчиками, способные отслеживать pH, температуру и экссудат (жидкость, вытекающую из ран, включая гной), могут оповещать медицинских работников об инфекции или замедлении заживления.
И в-пятых, изготовленные на заказ 3D-печатные каркасы из собственных клеток пациента или биополимеров — то есть, шаг в сторону персонализированной медицины — показали большие перспективы в лечении сложных ран и ожогов.
Несмотря на многообещающие лабораторные и ранние клинические результаты, авторы отмечают некоторые ограничения. В первую очередь, это высокая себестоимость производства и ограниченная масштабируемость биоинженерных и нанотехнологических материалов. Также отмечаются нормативные и связанные с безопасностью препятствия, которые должны преодолеть материалы, содержащие живые клетки или наночастицы. Кроме того, наблюдается вариативность качества исследований: многие результаты получены в ходе небольших краткосрочных испытаний или доклинических моделей. Недостаток долгосрочных данных об иммунных реакциях и потенциальной токсичности некоторых синтетических материалов также является проблемой.
Тем не менее, нельзя отрицать, что благодаря усовершенствованиям в технологиях подобные методы заживления ран нового поколения никуда не исчезнут. К технологиям, наиболее близким к реальному применению, относятся:
- Гидрогелевые и нановолоконные повязки, которые уже начинают внедряться в клиническую практику и используются для лечения ожогов и диабетических язв.
- Композиты на основе наночастиц серебра широко используются для борьбы с инфекциями в хронических ранах.
- 3D-печатные каркасы и гели на основе стволовых клеток, находящиеся на ранних стадиях клинических испытаний для лечения тяжелых ожогов и реконструктивной хирургии.
- Сенсорные повязки, прошедшие пилотное тестирование в больничных условиях для лечения послеоперационных ран и диабетических язв стопы.
С внедрением в медицинскую практику систем мониторинга на основе искусственного интеллекта и персонализированных биочернил лечение ран находится на пороге превращения в полностью адаптивную, основанную на данных науку.
Источник: New Atlas
Читайте также:
Этот дорожный гаджет обещает сушить и гладить одежду совершенно без помощи рук
