Ученые НИЦ «Курчатовский институт» и МФТИ предложили новый пористый покровный материал для заживления ран. Основой стала губка из хитозана, полимера, который получают из панцирей крабов и других ракообразных. В матрицу включили С-фикоцианин. Это вспомогательный пигмент фотосинтеза цианобактерий, обладающий антиоксидантными, ранозаживляющими, антимикробными и противовоспалительными свойствами.
Разработка относится к материалам для наружных повреждений и может быть интересна хирургической стоматологии. В полости рта раны заживают во влажной среде, где присутствует большое количество микроорганизмов и действуют многочисленные травмирующие факторы. Раневые покрытия в таких случаях изолируют дефект, поддерживают восстановление тканей и помогают снизить послеоперационную боль.
Зачем нужен материал на основе хитозана
Обычные бинты и пластыри приходится снимать для проверки состояния раны. Повторная смена повязки доставляет дискомфорт и может дополнительно травмировать поврежденные ткани, а также способствовать образованию шрамов и рубцов.
Хитозан позволяет создавать другой подход. Полимер может служить носителем для прикрепления и роста собственных клеток тканей организма. Повязку с заданным сроком службы не потребуется постоянно менять. После завершения лечебного действия материал способен постепенно терять форму и биоразлагаться.
Свойства хитозана зависят от его способности поглощать жидкость. Гидрофильный материал впитывает выделения из раны, но слишком быстрое биоразложение сокращает срок его работы. Чрезмерная гидрофобность создает обратную проблему. Такая пленка хуже принимает жидкость и может отторгаться организмом.
Эту задачу исследовали специалисты Волгоградского государственного технического университета. Они применили модифицирующие агенты, которые сохраняют широкий спектр биологической активности хитозана и одновременно регулируют влагопоглощение. Полученные пленки обрабатывали спиртовыми и водными растворами альдегидов при комнатной температуре. Модифицированные образцы не проявили токсичности для клеток кожи человека, а скорость их разложения оказалась на 65% ниже, чем у немодифицированных пленок.
Как создавали пористую матрицу
Для новой разработки ученые выбрали губку из хитозана. В ее составе находится только 2% полимера, а остальной объем занимают свободные поры. Такая структура помогает поглощать жидкость и создает пространство, подходящее для клеток кожи.
Пористость сформировали с помощью сублимационной сушки. Исследователи замораживали раствор, а затем при заданном сочетании давления и температуры удаляли лед, не переводя его в жидкую фазу. Кристаллы льда вытесняли цепочечные макромолекулы полимера в межфазное пространство. После удаления льда оставалась стабильная форма со взаимосвязанными микропорами.
«Мы нашли решение на стыке физики и химии», рассказал директор Института нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий МФТИ Тимофей Григорьев. По его словам, концентрацию биологически активного вещества нужно подбирать точно. Большое количество такого компонента не всегда приносит пользу.
С-фикоцианин высвобождается постепенно
С-фикоцианин включали в полимерную матрицу погружением хитозановой губки в раствор. Эффективность включения превысила 90%. Затем исследователи проверили, как материал отдает активное вещество.
| Показатель | Результат |
|---|---|
| Высвобождение за первый час | Около 50% С-фикоцианина |
| Достижение максимальной концентрации | Через 5–7 часов |
| Сохранение постоянного уровня | В течение следующих 19 часов |
| Эффективность включения в матрицу | Более 90% |
Такой режим позволяет регулировать скорость высвобождения вещества с помощью полимерной основы. В результате ученые получили пористый материал, который рассматривают как перспективное экологичное покрытие для заживления ран.
Что это значит для хирургической стоматологии
В хирургической стоматологии раневые покрытия применяют после удаления новообразований полости рта, забора мягкотканных трансплантатов и операций по увеличению глубины преддверия полости рта. При больших дефектах края раны не всегда удается сблизить. Тогда заживление идет вторичным натяжением и может привести к рубцу, ограничивающему подвижность нижней челюсти или языка.
Покрытия для полости рта классифицируют по воздействию на рану, происхождению, структуре и способу фиксации. Среди них есть сорбционные, защитные, лекарственные и атравматичные материалы, а также гидроколлоиды, гидрогели, перфорированные повязки и пленочные однослойные покрытия. В российской стоматологии клиническую апробацию прошли и широко применяются около 30–40 раневых покрытий отечественного и зарубежного производства.
Новая хитозановая губка пока описана как результат исследовательской работы и испытаний вне организма. Источники не сообщают о ее серийном выпуске или клиническом применении у пациентов. Для постановки такого изделия на производство потребуются конструкторская документация, описание состава и технологии изготовления, требования к пористой структуре, методы контроля и программа дальнейших испытаний.
Какие параметры важны для конструкторской документации
При создании комплекта документации для медицинского материала нужно зафиксировать не только форму изделия. В проекте потребуется описать состав полимерной матрицы, содержание активного компонента, структуру пор, способность поглощать жидкость, скорость биоразложения и профиль высвобождения С-фикоцианина.
- конструкция и размеры пористой губки;
- состав хитозановой основы и способ включения С-фикоцианина;
- режимы замораживания и сублимационной сушки;
- показатели поглощения жидкости и сохранения формы;
- результаты испытаний на отсутствие токсичности для клеток;
- параметры высвобождения биологически активного вещества.
Именно такие сведения связывают научную идею с изделием, которое можно создавать по установленной технологии и передавать на последующие этапы разработки. Для применения в стоматологии потребуется отдельно подтвердить пригодность покрытия к условиям полости рта, поскольку там одновременно действуют влага, слюна, микроорганизмы и механические нагрузки. В представленном корпусе таких результатов нет.
«Модифицированные хитозановые пленки не токсичны для клеток кожи человека, что открывает возможности их использования для лечения наружных ран», сообщила доцент ВолгГТУ Екатерина Брюзгина.
Частые вопросы
Сколько стоит разработка?
Источники не содержат сведений о стоимости разработки пористого материала или комплекта конструкторской документации.
Какие документы нужны от меня как от заказчика?
В корпусе нет перечня документов от заказчика. Для описания такой разработки в статье указаны состав, технология изготовления, параметры пористой структуры и результаты испытаний.
Можно разработать документ с описанием процесса производства по операциям?
Источники описывают отдельные этапы технологии: включение С-фикоцианина погружением губки в раствор и формирование пористой структуры сублимационной сушкой. Полного технологического процесса по операциям в материалах нет.
Это уже готовое стоматологическое изделие?
Нет таких данных. Исследователи получили пористый материал для заживления ран и проверили его в опытах вне организма. Клиническое применение именно этой губки в стоматологии источники не подтверждают.
Из чего состоит материал?
Основу составляет хитозановая губка из полимера, получаемого из панцирей крабов. В матрицу включен С-фикоцианин, который выделяют из цианобактерий.
Позиция экспертов Реестр Гарант
Работа показывает, как природный полимер превращают в функциональную матрицу с заданной пористостью и регулируемым высвобождением вещества. Для перехода от лабораторного образца к медицинскому изделию потребуется оформить состав, технологию, параметры конструкции и результаты испытаний в комплекте документации. Применение в хирургической стоматологии пока остается перспективным направлением, а не подтвержденным клиническим результатом.