Нановолоконные повязки заживляют раны и способствуют регенерации тканей

Исследователи из Школы инженерной и прикладной науки Гарварда Джона А. Полсона (SEAS) и Института биологической инженерии Wyss, разработали новые перевязочные материалы для раны, которые значительно ускоряют заживление и улучшают регенерацию тканей. Два разных типа нановолоконных повязок, описанных в отдельных статьях, используют естественные белки в растениях и животных для улучшения заживления и восстановления ткани.

«Наша система производства волокон была разработана специально для разработки терапевтических препаратов для ран полученных во время войны», — сказал Кит Паркер, профессор биологии и прикладной физики в SEAS и старший автор исследования. «Как солдат в Афганистане, я был свидетелем ужасных ран, и временами процесс заживления этих ран был ужасом для пострадавших. Это исследование — многолетняя работа многих людей в моей команде, чтобы помочь в решении этих проблем». Паркер также является основным преподавателем Института Wyss.

Самая последняя статья, опубликованная в Biomaterials, описывает раневую повязку, на основе эмбриональной ткани.

В конце 1970-х годов, когда ученые впервые начали изучать процесс заживления ран на ранней стадии развития человека, они обнаружили что-то неожиданное: раны, полученные плодом до третьего триместра, не оставляли шрамов. Это открыло ряд возможностей для регенеративной медицины. Но на протяжении десятилетий исследователи пытались воспроизвести эти уникальные свойства кожи плода.

В отличие от кожи взрослых, кожа плода имеет высокий уровень белка, называемого фибронектином, который собирается во внеклеточный матрикс и способствует связыванию клеток и адгезии. Фибронектин имеет две структуры: глобулярную, которая находится в крови и волокнистую, которая находится в ткани. Хотя фиброзный фибронектин наиболее перспективен для заживления ран, предыдущие исследования были сосредоточены на глобулярной структуре, отчасти потому, что производство волокнистого фибронектина было серьезным инженерным вызовом.

Но Паркер и его команда являются пионерами в области нанотехнологий.

Исследователи сделали волокнистый фибронектин, используя платформу для производства волокон под названием Rotary Jet-Spinning (RJS), разработанную Parker’s Bisease Biophysics Group. RJS работает как машина для производства ваты — жидкий полимерный раствор, в этом случае глобулярный фибронектин, растворенный в растворителе, загружается в резервуар и выталкивается через крошечное отверстие центробежной силой, когда устройство вращается.

Когда раствор выходит из резервуара, растворитель испаряется и полимеры затвердевают. Центробежная сила разворачивает глобулярный белок на небольшие тонкие волокна. Эти волокна — менее одного микрометра в диаметре — могут быть собраны для образования крупномасштабной раневой повязки.

«Повязка интегрируется в рану и действует как полезный каркас, рекрутируя различные стволовые клетки, которые важны для регенерации и помогают в процессе заживления, прежде чем впитываться в организм», — сказал Кристоф Чантр, аспирант в группе Biophysics Disease и первый автор статьи.

При тестировании «in vivo» исследователи обнаружили, что раны, обработанные фибронектиновой повязкой, продемонстрировали 84-процентную регенерацию ткани в течение 20 дней по сравнению с восстановлением на 55,6% в ранах, обработанных стандартной повязкой.

Исследователи также продемонстрировали, что раны, обработанные фибронектиновой повязкой, близки к нормальной эпидермальной толщине и дермальной архитектуре и даже обнаружили восстановление волосяных фолликулов — а это часто считается одной из самых больших проблем в области заживления ран.

«Это важный шаг вперед, — сказал Чантре. «Большинство работ по регенерации кожи на сегодняшний день связаны с комплексными обработками, сочетающими скаффолды (матрицы), клетки и даже факторы роста. Здесь мы смогли продемонстрировать восстановление тканей и регенерацию волосяного фолликула с использованием совершенно нового материального подхода, что имеет явные преимущества для клинического использования».

В другом документе, опубликованном в Advanced Healthcare Materials, группа Biophysics Disease продемонстрировала нановолокно на основе сои, которое также улучшает и способствует заживлению ран.

Соевый белок содержит как эстрогенподобные молекулы, которые, как было показано, ускоряют заживление ран, так и биоактивные молекулы, подобные тем, которые строят и поддерживают клетки человека.

«Обе технологии сои и фибронектиновых волокон обязаны иметь успех в репродуктивной медицине», — сказал Паркер.  «Во время женского цикла, когда уровень эстрогена высокий, порез заживет быстрее. Если вы сделаете операцию ребенку, все еще находящемся в утробе, у него не останется рубцов. Обе эти новые технологии уходят корнями в самую увлекательную из всех тем человеческой биологии — рождении новой человеческой жизни.»