Эффективный уход за ранами требует поддержания оптимальных условий для регенерации кожи и тканей. Гидрогели обеспечивают многие из этих условий, но не способны создавать щелочную среду. Теперь, в ходе прорывного исследования, ученые разработали новый метод получения щелочного гидрогеля за 5 минут, что позволяет легко внедрить его в любую медицинскую практику для превосходного заживления ран. Этот метод не требует специального оборудования, и щелочной гидрогель может быть получен при комнатной температуре.

С увеличением доли пожилых и стареющих людей в общей численности населения, а также количества инвазивных операций заживление ран стало одной из важнейших областей медицины. Сложные процессы, участвующие в заживлении ран, делают сложным и полезным поиск новых методов и материалов для их эффективного заживления. В новом исследовании, опубликованном в журнале Polymers for Advanced Technologies, под руководством студента бакалавриата Рета Тэсима исследователи из Токийского университета науки (Япония) разработали новый материал с возможным применением для заживления ран. Чем же он так интересен? Очень важно создать вокруг раны оптимальную физиологическую среду, которая будет способствовать росту новых клеток. Недавние исследования показали, что тип материала под названием «гидрогель» исключительно полезен для достижения таких условий за счет его молекулярной структуры. Гидрогели представляют собой трехмерные сшитые сети полимеров, которые могут поглощать более 95% жидкости по сравнению со своим объемом. Гидрогели с натуральными полимерами обладают превосходной совместимостью с биологическими компонентами кожи и тканей человека (так называемой биосовместимостью), могут поглощать жидкость из раны и обеспечивать непрерывное проникновение влаги в рану, создавая подходящую среду для заживления. Одним из таких природных полимеров, используемых в гидрогелях для перевязки ран, является альгинат – углевод, полученный из морских водорослей и поэтому широко доступный. Альгинатные гели очень просты в приготовлении, но процесс гелеобразования происходит быстро, что затрудняет контроль времени гелеобразования. Хотя ранее сообщалось о методах достижения такого контроля, обеспечение короткого времени гелеобразования при сохранении прозрачности приводит к получению гидрогелей со слабокислым (рН 4–6) или нейтральным рН. Слабокислые условия до недавнего времени считались благоприятными для заживления ран, но новые исследования показали, что слабощелочной рН (8–8,5) лучше способствует росту «заживляющих кожу» клеток, таких как фибробласты и кератиноциты. Именно этот контекст определил характеристики метода производства альгинатного гидрогеля, разработанного Тэсимой и его командой. Исследователи так резюмируют технологический прорыв: «Нам удалось получить новый щелочной альгинатный гидрогель (рН 8,38–8,57), предназначенный для заживления ран методом, который не требует специального оборудования и может быть осуществлен при комнатной температуре. Это в дополнение к тому, что гидрогель образуется за 5 минут, делает его идеальным для потенциального использования для заживления ран».

Метод включает смешивание карбоната кальция и альгината калия, а затем добавление к этой смеси карбонизированной воды и проведение процесса гелеобразования. В этом методе рН геля смещается к щелочному значению, так как углекислый газ улетучивается после гелеобразования. Это также обеспечивает прозрачность геля, что позволяет визуально оценивать процесс заживления ран. Кроме того, независимо от количества используемых ингредиентов полученные гидрогели характеризуются чрезвычайно высоким содержанием воды – до 99%. Когда команда поместила свой гидрогель в физиологический солевой раствор, он прошел испытание на другое критическое условие для перевязки раны – способность поглощать экссудаты из раны. И хотя гидрогель действительно «стал структурно слабым» и не мог быть поднят пинцетом после недели погружения в растворе, он сохранил свою форму. Г-н Тэсима о мотивации этого захватывающего исследования говорит: «Я экспериментировал с альгинатными гелями еще со средней школы. Кроме того, в то же время, пока я рос, увеличивался интерес к регенеративной медицине, что заставило меня сосредоточиться на создании полезных биосовместимых материалов, которые могут быть использованы в медицинской терапии».

Нельзя отрицать, что этот новый гидрогель, разработанный командой Тэсимы, демонстрирует огромный потенциал к применению в ближайшем будущем для заживления ран. Надеясь на еще большее потенциальное применение нового метода в медицине (помимо заживления ран), Тэсима заявляет: «В будущем, если удастся контролировать пролонгированное высвобождение эффективного препарата внутри него, этот новый гидрогель может быть использован в качестве носителя лекарственного препарата». Следующим шагом является оценка его жизнеспособности и эффективности на моделях живых клеток и животных. Исследователи полагают, что новый метод приготовления гидрогеля позволит сделать мир лучше.

Источник Ryota Teshima, Yayoi Kawano, Takehisa Hanawa, Akihiko Kikuchi. Preparation and evaluation of physicochemical properties of novel alkaline calcium alginate hydrogels with carbonated water. Polymers for Advanced Technologies, 2020; DOI: 10.1002/pat.5027