От серебряных нановолокон до интеллектуальных повязок с обратной сенсорно-активной связью. Следующее поколение регенеративных технологий и заживления ран стирает грань между биологией и инженерией. В этом материале разберем существующие рабочие прототипы и направления развития регенеративной медицины.

Н2 Не заживлять, а восстанавливать

Человечество лечит раны с зари своего существования. По мере развития науки и технологий развивались и подходы, для содействия заживлению ран. Речь идет как о подаче питания и ресурсов организму, так и одновременной борьбы с инфекциями. Но современные технологии радикально пересматривают привычные устои.

Исследователи из Национального тайваньского университета (NTU) предлагают обзор недавних исследований по передовым технологиям заживления ран. Речь идет о материалах, опубликованных за последнее десятилетие. Опираясь на данные клинических испытаний, исследований на животных и лабораторных экспериментов, в которых изучались новые материалы, биологические агенты и интеллектуальные системы доставки лекарств, исследователи сравнили передовые подходы с традиционными методами лечения.

Объединяя различные стратегии лечения в единую скоординированную систему, мы стремимся помочь организму исцеляться более эффективно и с меньшим образованием рубцов.
Автор-корреспондент исследования Цзун-Хун Линь, доктор философии, профессор кафедры биологической инженерии NTU.

Что такое раны? И как протекает регенерация в нормальных условиях?

Рана – это любой разрыв или повреждение кожи, нарушающее её нормальную структуру и функции. Сама кожа состоит из трёх слоёв:

• Эпидермис, тонкий наружный слой. Он служит барьером для микробов и предотвращает потерю влаги.

• Дерма. Более толстый средний слой. В нем проходят кровеносные сосуды, нервы, потовые железы и в нем же синтезируется и удерживается коллаген, который обеспечивает прочность и эластичность кож.

• Подкожный слой клеток. Состоит преимущественно из жировой и соединительной ткани, которая выполняет амортизирующую и изолирующую функцию.

При возникновении раны один или несколько из этих слоёв повреждаются или разрушаются. Поверхностная рана, например, лёгкая царапина, затрагивает только эпидермис. Волдырь или неглубокий ожог повреждают дерму. Обычная рана разрушает все слои кожи и повреждает подлежащие ткани, мышцы или кости. К таким повреждениям относится глубокая язва или хирургический разрез.

Поскольку защитный барьер кожи нарушен, организму приходится прилагать усилия для остановки кровотечения, борьбы с инфекцией и восстановления тканей, чтобы закрыть рану и восстановить нормальную работу кожи.

Заживление ран и технологии регенерации

В обзоре, посвященном скорости заживления, контролю инфекций, регенерации тканей и результатам лечения пациентов, сделан вывод о том, что стратегии заживления ран нового поколения значительно превосходят традиционные методы. Это еще не трансгуманизм, но полноценный выход на пять ключевых параметров, которые значительно расширяют возможности человека.

Во-первых, они значительно ускоряют заживление и эффективнее интегрируются в ткани. Особенно при использовании гидрогелевых матриц и нановолоконных повязок, имитирующих внеклеточный матрикс кожи. Речь идет об имитации сложной сети белков, ферментов и других молекул, обеспечивающих поддержку целостности кожи, эластичность и упругость.

В обзор вошли следующие технологии регенерации:

• Наноматериалы, такие как наночастицы серебра и нановолокна.

• Гидрогелевые каркасы и биоактивные повязки.

• Терапия на основе стволовых клеток и факторов роста.

• Биоматериалы, изготовленные как методом 3D-печати, так и выращенные в специальных условиях.

• Умные датчики и электронные кожные пластыри.

Во-вторых, стратегии нового поколения также способствовали снижению частоты инфекций. Повязки на основе наночастиц и композиты на основе серебра или цинка продемонстрировали выраженные антимикробные свойства.

В-третьих, использование материалов, высвобождающих факторы роста или наполняющих раны стволовыми клетками, улучшило результаты лечения хронических ран, особенно диабетических язв и пролежней.

В-четвёртых, новые «умные повязки» со встроенными датчиками, способные отслеживать pH, температуру и экссудат [жидкость, выделяющуюся из ран, включая гной], предупреждают медицинских работников о развитии инфекции или замедлении заживления.

И, в-пятых, индивидуальные 3D-печатные каркасы из собственных клеток или биополимеров пациента, то есть шаг к персонализированной медицине, дают потрясающие перспективы в лечении сложных ран и ожогов.

Регенерация как у Росомахи? Не так быстро

Несмотря на многообещающие лабораторные и ранние клинические результаты, авторы отмечают некоторые ограничения. Главные из них:

• Высокая стоимость производства и ограниченная масштабируемость биоинженерных и нанотехнологических материалов.

• Требования к нормативному регулированию и безопасности, которые необходимо преодолеть материалам, содержащим живые клетки или наночастицы.

• Нестабильность качества исследований: многие результаты получены в ходе небольших краткосрочных испытаний или доклинических моделей.

• Отсутствуют долгосрочные данные об иммунном ответе и потенциальной токсичности некоторых синтетических материалов.

Тем не менее, нельзя отрицать, что развитие технологий дает широкий выбор. Появляется все больше возможностей для тестирования гипотез и сравнения подходов. И сегодня, наиболее близкие к реальному применению технологии это:

• Гидрогелевые и нановолоконные повязки, которые уже начинают внедряться в клиническую практику и используются для лечения ожогов и диабетических язв.

• Композиты на основе наночастиц серебра, широко используемые для борьбы с инфекциями при хронических ранах. Или жидкий металл для сращивания костей.

• Напечатанные на 3D-принтере каркасы и гели из стволовых клеток проходят ранние клинические испытания для лечения тяжелых ожогов и реконструктивной хирургии.

• Повязки с датчиками, опробованные в больничных условиях для лечения послеоперационных ран и язв у больных диабетом.

По мере того, как системы мониторинга на базе искусственного интеллекта и персонализированные биочернила внедряются в медицинскую практику, лечение ран находится на грани превращения в полностью адаптивную науку, управляемую данными. И ведущую к сингулярности.

Больше материалов на тему актуального развития науки и технологий, а также разбор факторов, которые помогают расширить возможности организма, вы найдете в материалах Neural Hack. Заглядывайте, чтобы держать под рукой полезный контент!