Исследователи разработали технологию микроигл для ускорения заживления диабетических ран.
Диабетические раны часто приводят к серьёзным осложнениям, которые могут закончиться ампутациями. Эти хронические незаживающие раны характеризуются постоянным воспалением и затрагивают более 6% населения мира.
В Сингапуре ежедневно проводится около четырёх ампутаций нижних конечностей из-за незаживающих диабетических ран. Исследование, посвящённое диабетическим ранам в Сингапуре, показало, что общие расходы на здравоохранение, связанные с ампутациями, на одного пациента в 2017 году составили 23 000 сингапурских долларов (около 17 400 долларов США).
Чтобы решить эту важную для страны и мира проблему, исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) разработали две технологии микроигл, которые показали свою эффективность в ускорении заживления диабетических ран на доклинических моделях. Они сохраняют функции белков, называемых факторами роста, и удаляют нежелательные воспалительные соединения.
Две инновационные разработки были созданы командой учёных под руководством Энди Тэя, доцента кафедры биомедицинской инженерии в Колледже дизайна и инженерии NUS и Института инноваций и технологий в области здравоохранения.
«Факторы роста важны для заживления ран, поскольку они регулируют ключевые клеточные функции. Однако в диабетических ранах эти факторы роста быстро расщепляются другими ферментами, известными как протеазы. Это резко замедляет восстановление ран. В то же время диабетические раны характеризуются постоянно высоким уровнем воспаления», — объясняет он.
«Мы хотели решить эти две проблемы, используя микроиглы как для доставки, так и для извлечения. Это минимально инвазивный метод, который можно изготовить с высокой точностью и который позволяет безболезненно вводить активные соединения непосредственно в раны. Микроигольчатые пластыри — отличный материал для заживления ран», — говорит он.
Результаты двух связанных исследований, опубликованные в научных журналах Biomaterials и Advanced Functional Materials, демонстрируют потенциал этого инновационного подхода в лечении различных кожных заболеваний, таких как псориаз или хронические диабетические раны.
**Два уникальных подхода**
На рынке для доставки факторов роста в раны используется гидрогель. Однако этот метод не так эффективен, потому что богатая протеазами среда хронических ран быстро разрушает и инактивирует факторы роста. Это означает, что факторы роста необходимо вводить в высоких дозах повторно, что может быть дорогостоящим и трудоёмким.
В первом подходе, разработанном исследовательской группой NUS, вместо прямой доставки факторов роста они сначала увеличили их производство в самой ране.
Они достигли этого, разработав микроиглы с сукральфатом (SUC-MN) для доставки важного иммуномодулирующего белка, интерлейкина-4 (IL-4), чтобы стимулировать производство факторов роста в диабетических тканях. IL-4 помогает регулировать иммунный ответ и способствует регенерации тканей, а сукральфат, лекарственное средство, обычно используемое для лечения желудочно-кишечных язв, защищает факторы роста от разрушения.
Микроиглы растворяются в ране, доставляя IL-4 и сукральфат непосредственно в рану. Эта система локальной доставки сводит к минимуму системные побочные эффекты и также позволяет избежать вторичного повреждения нежных, новообразованных тканей, вызываемого традиционными адгезивными повязками, которые в настоящее время используются в клинической практике. Исследователи обнаружили, что SUC-MN значительно ускоряют заживление ран в два раза по сравнению с традиционными методами лечения.
Хотя большинство технологий микроигл используют материал для доставки, команда NUS исследовала новое применение микроигл для извлечения нежелательных провоспалительных белков и иммунных клеток во втором подходе. Для этого команде NUS нужно было найти подходящий материал покрытия, который мог бы действовать как губка и впитывать провоспалительные соединения, известные как хемокины, которые являются «сигнальными» молекулами, рекрутирующими и задерживающими провоспалительные иммунные клетки, называемые моноцитами, в тканях ран.
Исследовательская группа проверила различные материалы и в итоге использовала пористые микроиглы с покрытием из гепарина (HPMN) для решения проблемы постоянного воспаления в кожных ранах. Согласно предыдущим исследованиям, гепарин легко связывается с хемокинами. Команда продемонстрировала, что HPMN может эффективно удалять хемокины и моноциты из места раны, что приводит к снижению воспаления тканей на 50%, а также к уменьшению размера раны на 90% к 14-му дню лечения.
Эти первоначальные результаты подчёркивают потенциал HPMN как перспективной стратегии лечения воспалительных заболеваний кожи. Способность HPMN удалять хемокины и воспалительные клетки глубоко в тканях кожи даёт уникальное преимущество по сравнению с существующими методами лечения, которые воздействуют только на воспаление на поверхности. HPMN может быть дополнительно разработана для персонализированного ухода за ранами и индивидуального лечения различных воспалительных заболеваний кожи, таких как псориаз.
**Перспективы**
Разработка SUC-MN и HPMN представляет собой значительный шаг вперёд в области заживления ран и лечения кожных заболеваний. Команда намерена провести дальнейшие исследования, чтобы изучить потенциал этой технологии и вывести её на рынок.
Что касается экстрактивных микроигл, команда будет изготавливать микроиглы с более контролируемыми размерами пор с помощью передовых технологий, таких как 3D-печать, и интегрировать в микроиглы антибактериальные свойства, поскольку клинические незаживающие раны часто сопровождаются инфекциями. Они также разрабатывают гибкие микроигольчатые пластыри, чтобы обеспечить их хорошее прилегание к различным формам тканей.
«Мы воодушевлены потенциальным воздействием наших исследований и надеемся продвинуть эту технологию к клиническому применению. Два подхода, разработанные нашей командой, принесут столь необходимое облегчение пациентам с диабетическими ранами, а также многим пациентам, страдающим кожными заболеваниями, такими как атопический дерматит или псориаз», — говорит Тэй.
Источник: Национальный университет Сингапура.