Медицина
Технології
Медицина
Технології

Гідрогелевий матеріал посприяв загоєнню травмованих сухожиль у пацюків

Група американських та швейцарських дослідників розробила двосторонній гідрогель для лікування ушкоджень сухожиль. Особливістю винаходу є те, що одна його сторона є сильно липкою, тоді як інша гладенька. Завдяки цьому матеріал може ефективно прикріплюватися до сухожилка, повільно вивільнюючи ліки для швидшої регенерації, і зменшувати тертя ураженого місця із навколишніми тканинами. Результати, які вказують на доцільність використання гідрогелевого матеріалу, були отримані в попередніх дослідах на пацюках і тканинах свиней та людей. Дослідження опубліковане в журналі Nature Biomedical Engineering.

Зображення клейкого гідрогелю на моделі сухожилля та суглоба, при створенні якого надихалися слизом молюска. Wyss Institute at Harvard University

Зображення клейкого гідрогелю на моделі сухожилля та суглоба, при створенні якого надихалися слизом молюска. Wyss Institute at Harvard University

Чим привернули увагу травми сухожилків?

Одними з найпоширеніших травм є пошкодження сухожиль — сполучнотканинних утворів, які прикріплюють скелетні м'язи до кісток. При цьому ураженні тканина сухожилків може надмірно розтягуватися та розриватися, що завдає значних больових відчуттів і може суттєво обмежувати рухливість кінцівки. Але складність із травмою полягає ще й у тому, що сухожилля важко й довго загоюються, на кілька тижнів перешкоджаючи можливості вільно рухатися, особливо у літніх людей. Крім цього, нерідкісні випадки, коли сухожилля не може відновити свою структуру до колишнього стану, тому характеризується меншою витривалістю й хронічним дискомфортом. Але науковці з Гарвардського інституту Вісса та дослідницьких інститутів компанії Novartis запропонували власний підхід до сприяння відновленню розтягнених та розірваних сухожилків.

Яким чином вчені хочуть лікувати травми сухожиль?

Дослідники надихалися слимаками, а точніше — дуже липким, щільним слизом, який виробляє молюск Arion subfuscus, здатний прикріплюватися навіть до вологих поверхонь. Кілька років тому вони представили результати розробки нетоксичного медичного клею для скріплення пошкоджених тканин, який імітує властивості слимакового слизу. Він складався із двох шарів, один із яких завдяки наявності полімерів здатний щільно прикріплюватися навіть до вологих поверхонь, тоді як інший є щільним гідрогелем, який забезпечує клею необхідну еластичність. Тоді досліди на моделях показали, що клей успішно прикріплюється до шкіри, хрящів, серця, артерій та печінки, навіть якщо тканини покриті кров'ю.

У новій роботі автори захотіли вдосконалити свою технологію, зробивши клей більш придатним до використання для загоєння сухожилків. За основу було взято гідрогель з альгінат-поліакриламіду — комбінованого біосумісного матеріалу, який уже тривалий час використовують у різних галузях медицини. Одну зі сторін гідрогелевої стрічки вчені збагатили вуглеводом із панцира ракоподібних — хітозаном. Завдяки його позитивно зарядженим полімерним молекулам гідрогель здатний з допомогою електростатичних взаємодій дуже міцно прикріплюватися до поверхонь. Таким чином один бік матеріалу забезпечує надійне зчеплення з сухожилком, а інший — зменшення тертя сухожилка із навколишніми тканинами.

Як проявив себе гідрогелевий матеріал у дослідах?

Випробування адгезиву на свинячих сухожиллях, покритих кров'ю, вказало, що матеріал успішно прикріплюється до тканин, причому сильніше за вже наявні медичні адгезиви (хоча вони не виготовлялися конкретно для сухожиль). Вчені також перевірили, наскільки витривалим є їхній матеріал, прикріпивши його до сухожилків на руках людських трупів, які відтак піддали 500 циклам згинання-розгинання, що імітують щоденне навантаження на тканини в реальному житті. Гідрогелевий матеріал не пошкодився і не проявив ознак зношення, хоча автори наголошують на необхідності подальших перевірок із тисячами циклів, щоб перевірити, як він витримує навантаження, яке імітує його використання протягом тижнів.

Додатково досліди провели на живих лабораторних пацюках. Їм розрізали сухожилля на задній нозі, а потім імплантували гідрогелеву клейку стрічку, заклеївши нею поранення, або ж провели стандартне зшивання сухожилля. Протягом трьох тижнів, під час яких спостерігали за тваринами, адгезив залишався на місці. Але що важливіше, у пацюків з імплантованим матеріалом спостерігалося зменшення утворення рубців у середньому на 25 відсотків, у порівнянні з тваринами, що пройшли лише оперативне лікування. Це важливо з огляду на те, що рубці є однією з основних причин, через які пошкоджений сухожилок не може повернути свою колишню функціональність. Ймовірно, ефект забезпечується механічною підтримкою ушкодженого сухожилка та зменшенням його тертя із навколишніми тканинами. Коли вчені використовували матеріал із додаванням кортикостероїдного препарату, який повільно вивільнявся протягом двох тижнів після імплантації, запалення в місці ушкодження сухожилля проходило швидше, ще більше сприяючи загоєнню.

Це перші випробування гідрогелевої клейкої стрічки для лікування травм сухожиль на тваринах, тому вченим потрібно провести ще наступні перевірки їхнього винаходу. Але те, що усі компоненти матеріалу вже успішно й безпечно використовуються в медицині, може допомогти швидше перейти до дослідів на людях.