Электромеханическая повязка ускорила заживление ран у крыс

11:27 31 января Киев, Украина

Китайские ученые разработали термоактивированную повязку, способствующую заживлению ран благодаря механическому и электрическому воздействию. Опыты на крысах показали, что она значительно ускоряет заживление как порезов, так и глубоких круглых ран, изменяя их микросреду, что способствует быстрому восстановлению целостности кожи и предотвращает ее инфицирование. Своими результатами ученые поделились в журнале Science Advances .

Почему ученые обратили внимание на лечение ранений?

Ранения кожи обычно не считают чем-то серьезным, однако они бывают разной тяжести, и некоторые из них заживают очень долго и болезненно. А кроме того, они причиняют значительное экономическое бремя: предполагают , что к 2024 году ежегодный глобальный ущерб на лечение ран будет составлять 80 миллиардов долларов. Вот почему разработка эффективных и доступных методов лечения ран является важной потребностью современного здравоохранения.

Эффективность в заживлении ран демонстрировали такие неинвазивные подходы как влияние ультразвуковой или электростимуляции, которые при правильном применении являются безопасными и нетравматическими. Однако их главным недостатком является привязанность пациента к медицинскому учреждению, поскольку аппараты для такого лечения преимущественно громоздки. К тому же часто их эксплуатацию может осуществлять только обученный для этого медицинский персонал. Созданием удобного и персонального устройства для лечения ран занялись ученые Китайского университета электронных наук и технологий и Уханьского университета.

К чему привели старания ученых?

Ученые представили повязку, влияющую на ранение механической силой и электрическим током, изменяя ее микросреду таким образом, чтобы способствовать заживлению. Она состоит из четырех слоев. Нижний составляет антибактериальный полимерный материал из политетрафлуоретена, который генерирует электростатическое поле при контакте с проникающей на глубину до 10 миллиметров раной и убивает бактерии (по крайней мере кишечную палочку) с эффективностью свыше 99,9 процента. Он покрыт слоем мягкого силикона Ecoflex для гибкости. Затем расположен слой метаматериала из сплава с памятью формы, призванный при нагревании кожей сокращаться и механически соединять края раны и направлять электрическое поле. Наконец, четвертым является еще один слой силиконового материала. Несмотря на многослойность, повязка оказалась очень тонкой – весь «сэндвич» не превышает 0, 2 миллиметра в толщину. Ученые разработали два варианта изделия – для длинных и круглых ран – которые отличались в основном формой слоя с электростатическим воздействием.

Испытание эффективности повязки было проведено на семи лабораторных крысах, которым попытались лечить порезы (длиной 1 сантиметр) и круглые глубокие высеченные раны (диаметром 0,8 сантиметра). Испытуемых разделили на четыре группы: первых лечили вышеописанной четырехслойной повязкой, вторых — повязкой, в основе которой только сплав с памятью формы, третьих — повязкой, в основе которой только материал с электростатическим воздействием, а контрольным четвертым не накладывали. Каждые два дня повязку снимали и регистрировали процесс заживления ран.

Насколько справилась повязка с заживлением ран?

Как отмечают исследователи, благодаря гибкости повязки не препятствовали обычной подвижности животных. На второй день после травмы у леченной четырехслойной повязкой животные края пореза стянулись, рана покрылась небольшим струпом и, похоже, проходила стадии воспаления и формирования тканей. На четвертый день рана стала укорачиваться, полностью закрылась, а на шестой день была почти незаметной. Зато у крыс с двумя повязками на второй день струп только начинал образовываться, к четвертому дню медленно развивался, и только на шестой день рана перешла на стадии воспаления и формирования новых тканей. Результаты указывают, что повязка эффективна, и ее действие обусловлено, прежде всего, комбинированным эффектом обоих активных материалов.
 
Фото: А – стадии заживления. В – процесс заживления разреза у испытуемых животных, леченных (сверху вниз): комбинированной повязкой, механической повязкой, электростатической повязкой, без повязки. С – гистологическое изучение тканей в месте ранения. Guang Yao et al./&Science Advances, 2022
 

Результаты опытов на животных с круглыми ранами были подобными: снова быстрое заживление происходило в группе комбинированной повязки. На восьмой день лечения рана этого животного закрылась в среднем на 96,8 процента, в группе только с механической стимуляцией – на 79,9 процента, в группе только с электрической стимуляцией – на 76,4 процента, а в контрольной – на 45, 9 процента. В группе комбинированной повязки рана в центре успела покрыться новым эпидермисом, плотно прилегавшим к грануляционной ткани. Прилегание нового эпидермиса в группах других повязок было сравнительно слабым, что указывает на худший процесс заживления, а в контрольной группе его вообще еще не было.
 
Фото: А – процесс заживления круглых ран у крыс. Сверху вниз: с комбинированной повязкой, механической повязкой, электростатической повязкой, без повязки. В и С – процент закрытия раны в процессе заживления и в конце исследования, соответственно. Guang Yao et al./Science Advances, 2022


Дальнейшее исследование действия повязки показало, что ее механическое влияние стимулирует выработку фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), а электрическое воздействие – трансформирующего фактора роста бета (TGF-β) и эпидермального фактора роста (EGF).

Авторы надеются, что их удобное в использовании и эффективное изобретение найдет применение в клинической практике. Они отмечают, что повязку можно создать и с учетом индивидуальных особенностей ранения. Но ввиду небольшой выборки подопытных животных, интерпретировать результаты следует с осторожностью. Последующие испытания, в частности, на людях, позволят лучше оценить эффективность предлагаемого подхода.