Портативное устройство для формирования композитных нетканных материалов
ПЛА электроспининг плазма крови, биосовместимость
Одной из самых широких и перспективных областей применения материалов, полученных электроспиннингом, является биомедицина, в том числе производство перевязочных материалов для ран и ожогов, создание тканеинженерных структур, систем адресной доставки и пролонгированного высвобождения лекарственных средств. Значительную роль в электроформовании биомедицинских материалов играет электроформование биополимеров, в частности белков, природная биологическая активность которых позволяет значительно повысить функциональность материала (в частности, его биосовместимость). Большое количество белков, как глобулярных, так и фибриллярных, успешно подвергаются электроспиннингу. Использование электроспиннинга для регенерации поврежденных тканей возросло в последнее десятилетие благодаря простоте получения сеток и способности имитировать микро-наноструктуру нативного ВКМ. Нановолокна, полученные с помощью электроспиннинга, увеличивают площадь поверхности, связанность системы, что благоприятно для роста
регенеративных тканей и миграции клеток, а также привносит большой потенциал для эффективной доставки биомолекул. Согласно принципам тканевой инженерии, идеальный скаффолд должен удерживать клеточную активность и исчезать со временем, пока происходит регенерация ткани. Для этого скаффолды должны имитировать нативную ткань в отношении структуры, соответствующей механической прочности, пористости для проникновения и роста клеток.
Традиционные методики формирования скаффолдов, такие как замещение растворителя и выщелачивание частиц, вспенивание в газовой среде, сублимационная сушка, обладают ограниченной способностью формировать скаффолды, имитирующие наноструктурную архитектуру нативной ткани. Отличительной особенностью метода электроспиннинга является уникальная возможность изготовления скаффолдов на основе нановолокон, которые наилучшим образом имитируют нанометровый масштаб нативного ВКМ, а также механические свойства кожи. Объектом исследования являются композиционные материалы, включающие матриксы, полученные методом электроспиннинга, состоящие из полилактида и белковой компоненты (белки плазмы крови свиньи).
Цель работы - создание варианта матрикса для раневого покрытия из наноструктурированной пленки на основе биосовместимых и биодеградируемых полимеров с добавлением белковой компоненты, способствующей более быстрой эпителизации и закрытию раневого покрытия.
В процессе работы проводились экспериментальные исследования, направленные на оптимизацию параметров получения матриксов, на изучение антибактериальных свойств покрытий из серебряных нанопроволок, а также биосовместимости полученных композиционных материалов.
При создании востребованного продукта следует напрямую отталкиваться от потребностей ожоговых центров, прямо или косвенно подстраиваясь под пациентов в сопоставлении с экономической нагрузкой. Одним из путей активной терапии на сегодня является пересадка кожи с неповрежденных участков частей тела пострадавшего. При ее нехватке, пораженные участки закрывают заменителями. Существующие на рынке заменители кожи недостаточно эффективны, не производятся в России. Среди пациентов с ожогами более 50 % поверхности тела средняя площадь глубокого ожога составляет в среднем по ожоговым центрам 60±10 %, что эквивалентно 105±18 дм2 покровной ткани. Обоснованная потребность каждого ожогового центра в резервных (временных или постоянных) пластических материалах составляет 464-472 дм2/год. При этом ожоговая травма сопровождается потерей ткани и чрезмерной воспалительной реакцией, обусловленной повышением уровня различных цитокинов (фактор некроза опухоли альфа (TNF-α), интерлейкинов IL-1, IL-6, IL-12). Основными целями терапии ожогов являются быстрое заживление ран и ослабление воспалительного ответа. Также отметим, что большей части пациентов в предоперационной подготовке проводится направленная антибактериальная терапия, физическая санация,
дезинтоксикационная терапия, перевязки, симптоматическое лечение, коррекция уровня альбумина (не менее 30 г/л) и гемоглобина (не менее 100 г/л). В большинстве ожоговых центров Российской Федерации на 2-3 сутки после травмы пациентам с уровнем травмы II-III степени в условиях операционной выполняется хирургическая дермабразия до жизнеспособных тканей. После оперативного очищения и тщательного местного гемостаза раны закрываются различными раневыми покрытиями. При этом эффективность местного лечения оценивается по срокам начала «островковой» эпителизации в ранах и по срокам эпителизации 90% от начальной площади ран. Функции кожи выполняются специализированными клетками и структурами, расположенными в двух основных слоях кожи - эпидермисе и дерме. Кроме этих двух слоев, под дермой находится гиподерма, которая обеспечивает поддержку дермы. Эпидермис, самый наружный слой кожи, имеет толщину около 120 мкм и состоит из многочисленных клеток, тесно связанных между собой на разных стадиях дифференцировки, которые образуют расслоенный сквамозный эпителий. Эпидермис аваскулярный (питается за счет диффузии из дермы), состоит из 4 различных типов клеток (кератиноциты, меланоциты, клетки Лангерганса и клетки Меркельса) и представляет собой 5 отдельных клеточных слоев: базальный, спинозный, гранулозный, люцидный и роговой. Слой дермы состоит из сложной сетки ВКМ, который обеспечивает структуру и упругость кожи. Толщина этого слоя варьируется в зависимости от региона тела, но в среднем составляет 2 мм. Дерма состоит из нанометрового размера сети структурных белков (коллаген, который обеспечивает прочность и гибкость, и эластин, который обеспечивает эластичность), кровеносных и лимфатических сосудов, а также специализированных клеток (тучные клетки, которые помогают в процессе заживления и защищают от патогенных организмов, и фибробласты, которые производят коллаген и эластин). Эта сеть ВКМ связана с дермой, которая в основном состоит из гликозаминогликанов и играет важную роль в гидратации и поддержании уровня влаги в коже. ВКМ очень динамичен, постоянно восстанавливается и реорганизуется клеточными компонентами, но в свою очередь играет важную роль в управлении клеточным поведением через прямые и косвенные сигналы.
В процессе восстановления повреждений кожи должен наблюдаться двойной паракринный эффект: эпидермоциты должны продуцировать факторы, активирующие синтез фибробластами факторов роста, которые в свою очередь стимулируют пролиферацию кератиноцитов в присутствии фактора роста эндотелия сосудов (VEGF-A). Оба типа клеток способствуют синтезу макромолекул базальной мембраны. Фибробласты производят коллаген типа IV и VII, ламинин 5, нидоген и трансформирующий фактор роста бета (TGF-β), который в свою очередь стимулирует кератиноциты синтезировать коллаген типа IV и VII.
Акцентируем внимание на том, что использование факторов роста окажет весомую экономическую нагрузку на медицинские учреждения, а
именно стоимость конечного изделия. Данный недостаток в проекте предлагается нивелировать путем использования плазмы крови свиньи, которая в своем составе содержит белки, необходимые для осуществления эпителизации в сроки, превосходящие аналогичные продукты. Метод электроформования чрезвычайно гибок и позволяет комбинировать в одной матрице несколько низкомолекулярных полимеров, терапевтических или антисептических агентов, и наночастицы различной природы. Этот метод также очень универсален, поскольку, помимо обычной конфигурации волокон, можно получить множество других конфигураций, а именно: ядро/оболочка (коаксиальные) или эмульсионные, а в соответствии с ориентацией волокон, можно получить выровненные или случайно ориентированные волокна в зависимости от типа используемого коллектора. Высокая удельная площадь поверхности и пористость матриксов на основе ПЛА создаст дополнительные функциональные преимущества, обеспечивая регулируемое поглощение жидкости и доставку лекарств и биомолекул, адекватную диффузию кислорода, воды и питательных веществ в сочетании с эффективным удалением метаболических отходов. Таким образом, в проекте изучаются новые стратегии обработки, комбинации природных и синтетических композиций для достижения целеизмеримого научного и коммерческого результата.
Первым щитом между внешней средой и телом человека является кожа. Эта ткань играет важнейшую роль в защите организма, и при ее повреждении жизнь человека может оказаться под угрозой. По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), каждый год от ожогов умирает 265 000 человек, и ежегодно около 6 миллионов человек получают ожоги различной степени тяжести, требующие медицинской помощи. Средняя продолжительность пребывания в больнице составляет 8,4 дня, что приводит к значительной социальной и экономической нагрузке на систему здравоохранения во всем мире, что особенно явно в последнее время. Поэтому перед проектом стоит инновационная стратегия по регенерации кожной ткани, несмотря на обнадеживающие последние разработки в области раневых повязок и продуктов на основе тканевой инженерии. Электроспининг привлекает все большее внимание благодаря сочетанию материалов и стратегий пост-обработки, имеющих большой потенциал для восстановления кожного покрова. Очевидно, что раневые повязки, приготовленные из нановолокон, обладают исключительными свойствами по сравнению с обычными повязками, такими как сходство с архитектурой естественного внеклеточного матрикса (ВКМ), улучшенное содействие гемостазу, поглощение раневого экссудата, проницаемость, прилегание к ране и предотвращение образования рубцов, биосовместимость и биоразлагаемость. Поражения кожных покровов, сложности лечения, смертность при ожогах большой площади являются актуальной и социально значимой проблемой современной медицины.
34.17.29
Межклеточные и межмембранные взаимодействия
Илья
Ларин
Игоревич
"Отсутствует"
"Младший научный сотрудник"
РОССИЯ
ФОНД СОДЕЙСТВИЯ ИННОВАЦИЯМ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФОНД СОДЕЙСТВИЯ РАЗВИТИЮ МАЛЫХ ФОРМ ПРЕДПРИЯТИЙ В НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СФЕРЕ"
1027739479734
СЕРГЕЙ
ПОЛЯКОВ
ГЕННАДЬЕВИЧ
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
Ларин Илья Игоревич
Ларин Илья Игоревич
Илья
Ларин
Игоревич
Физическое лицо
РОССИЯ