По оценкам, у 450 000 человек в Австралии ежегодно появляются хронические раны, что ложится бременем более чем на 6 миллиардов долларов на систему здравоохранения. Если в рану попадает инфекция, заживление может замедлиться, возрастает риск госпитализации и ампутации, а пациентам может потребоваться повторное клиническое лечение. Даже смена повязки может повредить формирующуюся под ней новую ткань.

Любой материал, помещенный в эту среду, должен безопасно разлагаться, не препятствуя процессу восстановления организма. Более продвинутые функции, такие как обнаружение инфекций или контролируемая доставка лекарств, могут быть добавлены только после того, как исследователи убедятся, что основной материал хорошо переносится организмом.

«Заживление ран — очень сложный процесс, и нам нужно понять, как новый материал ведет себя в этой среде, прежде чем мы начнем добавлять к нему более сложные функции», — говорит доктор Анна Антипова из Института перспективных отраслей Университета Аделаиды.

Шелк медоносной пчелы разрушается в процессе заживления

Исследователи из CSIRO и Университета Аделаиды протестировали биоразлагаемую пленку из модифицированного пчелиного шелка в качестве возможного материала для нового поколения перевязочных средств. CSIRO разработала и изготовила пленку из рекомбинантного шелка, а команда из Университета Аделаиды предоставила экспертные знания в области заживления ран и провела лабораторные испытания. 

Исследование, опубликованное в Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials, показало, что пленка безопасна и хорошо переносится в процессе заживления. Большая часть материала постепенно разрушается внутри раны, а не остается там навсегда, что дает надежду на то, что в будущем повязки можно будет менять реже и они будут меньше повреждать новообразованные ткани.

«Мы показали, что этот материал из пчелиного шёлка биоразлагаем и хорошо переносится организмом, и, что немаловажно, не препятствует заживлению ран», — сказала Антипова.

Шёлк, который может реагировать на раны

Личинки медоносных пчёл естественным образом вырабатывают белки шёлка для создания защитных структур внутри улья. Этот материал отличается от паучьего шёлка и шёлка тутового шелкопряда, но его белки обладают рядом полезных свойств. Они прочные, гибкие и лёгкие. Исследователи также могут изменять последовательность белков, не разрушая структуру получаемого материала. 

Производство шелка с помощью биоинженерии дает исследователям еще больший контроль над этими молекулярными инструкциями. Определенные изменения в конечном итоге могут позволить повязке сигнализировать о наличии инфекции или высвобождать лекарство при определенных условиях.

«Представьте, что пленка — это строительный материал, который мы можем модифицировать на молекулярном уровне, — говорит доктор Кейтлин Джонстон, ведущий исследователь проекта в CSIRO. — Мы потенциально можем внедрить в шелк определенные инструкции, чтобы в будущем повязка могла реагировать на состояние раны, а не служить пассивным барьером».

«Это открывает совершенно новый подход к лечению ран — создание материалов, которые активно чувствуют изменения в ране и реагируют на них».

Результаты основаны на более чем десятилетних исследованиях CSIRO, посвященных использованию пчелиного шёлка в качестве платформы для биоматериалов. Предыдущие исследования показали, что этот материал прочный, гибкий, биоразлагаемый и подходит для применения в биологии. Новая работа доказывает, что он также может оставаться совместимым с процессом заживления, если из него сформировать раневую пленку.

На пути к созданию повязок, предотвращающих раневые инфекции

С тех пор исследователи получили грант от Фонда перспективных медицинских исследований на разработку и тестирование нескольких «умных» повязок, призванных предотвращать инфекции при хронических ранах.

«Теперь, когда мы знаем, что материал не влияет на процесс заживления в целом, мы рады перейти к следующему этапу и начать создавать материалы, которые помогают предотвращать инфекции», — сказал Джонстон.

Повязка, которая безопасно разлагается и реагирует на инфекцию, может быть особенно полезна для пациентов, которые не могут часто возвращаться для повторного лечения. «Ожидается, что среди основных бенефициаров будут люди, живущие в сельских и отдаленных районах, поскольку это снизит потребность в частой смене повязок и визитах к специалистам в крупных городах», — сказала Антипова.