Инновационные бинты, которые смогут самостоятельно лечить повреждения кожи

В современной медицине роль научного прогресса неоценима. Казалось бы самые простые вещи, к которым уже ничего нельзя добавить. Однако ученые совершают открытия и новые лекарства и приборы появляются чуть не каждый день. Вот и самый обычный бинт или марлю для перевязки ран превратили из просто механического препятствия, защищающего рану от загрязнений и инфицирования, в инновационную конструкцию, которая может сама лечить различные повреждения кожи.

Отечественные современные лечебные покрытия

Существует обычное, привычное понимание термина «повязка», как специального покрытия для травмированного участка, которое защищает его от действия внешней среды.

Рану всегда предварительно промывают и обрабатывают дезинфицирующими растворами, далее могут использоваться различные мази и/или растворы и обычно в качестве повязки используется бинт с накладыванием ватного либо марлевого тампонов.

В этом случае возникает ряд условий, которые могут привести к негативному развитию событий:

  • повязка играет пассивную роль обычного покрытия и механической преграды между раной и вешней средой;
  • действие лекарственных препаратов оказывается очень ограниченным – не более тридцати минут;
  • организм может использовать только свои собственные ресурсы для заживления ран;
  • необходимо знать какие именно вещества можно прикладывать к тем или иным ранам, в отсутствии врача это может быть проблемой.

В результате многочисленных исследований появились материалы для лечения различных повреждений, которые содержали разного рода лекарственные вещества и которые имели достаточно продолжительные по времени лечебные эффекты.

В 1980-х подобные перевязочные материалы появились и в России. При этом современные материалы российского производства не только не хуже, но и в некоторых аспектах превосходят заграничные.

На сегодняшний день в России в свободной продаже имеются повязки нескольких видов с различным лечебным действием предназначенные для использования на всех стадиях лечения ран, травм и ожогов. Это повязки с противомикробным, противовоспалительным, кровоостанавливающим, ранозаживляющим, локально обезболивающим эффектами, а также для дополнительного лечения трофических язв на фоне сахарного диабета, пролежней и ожогов. Лекарственные препараты попадают точно на место, где необходимо их действие, и могут работать в течении 72 часов. Материал, из которого производятся повязки, позволяет поглощать отделяемое из раны намного эффективнее, чем обычный бинт. А благодаря сохранению влажной среды снимаются эти повязки абсолютно безболезненно.

Каждый вид этих раневых покрытий содержит определенный набор лекарственных веществ и не имеет в составе антибиотиков, что открывает доступ к массовому использованию этих повязок. Они подаются в аптеках, подходят для использования и взрослым, и детям, доступны по цене.

Существую также и более профессиональные раневые покрытия, которые используются в хирургии и комбустиологии: они могут быть синтетическими, гидрогелевыми, синтезированными на свиной коже и т.д. Такие повязки используются в стационарах, и в свободной продаже их нет.

Гидрогелевая губчатая повязка

Гидрогелевые повязки

Инновации в сфере раневых покрытий

Повязка с контролем влажности раны

Для хорошего заживания ранам, особенно больших размеров, необходима влага, при этом чересчур частая перемена повязок не способствует этому процессу. В США школьница Анушка Майкнаваре создала особую повязку, которая имеет встроенные микроскопические мониторы. Эти мониторы контролируют уровень влажности на поверхности самой раны, которая находится под повязкой, благодаря чему можно предупредить пересыхание раны и подать сигнал о снижении уровня влажности для своевременной смены повязки.

Девочка самостоятельно придумала систему контроля, создала чувствительные микросенсоры при помощи чернил, которые содержат наночастицы графена, а после и протестировала свое изобретение. Анушка надеется, что ей удастся добиться официальной лицензии для своей повязки и её массового использования в медицинских учреждениях США. За вклад в развитие медицины девушка получила премию в пятнадцать тысяч долларов.
На видео о принципе действия повязки с контролем влажности раны:

Покрытие с аутофлюоресцентной визуализацией раны

В любой ране микроорганизмы, попадающие в неё из окружающих тканей и с повязки, будут размножаться очень быстро, так как обеспечены питательной средой (самой раной) и благоприятными условиями – влажность и тепло. Это является абсолютно естественным и нормальным. Однако при чрезмерном росте микроорганизмов бактериальная нагрузка может вырасти до критичного уровня и тогда речь идет об уже инфицированной ране с неработающим иммунным клиренсом.

Для раннего обнаружения болезнетворных микроорганизмов британские ученые решили разработать повязку, которая будет менять цвет при появлении в ране патогенных микроорганизмов. Исследования были основаны на уже запатентованных изобретениях – микроиндикаторах свежести продуктов, которые реагируют на температуру и время хранения и сообщают о том, что продукт начинает портиться.

Эксперименты проводились на модели ожога свиной кожи, так как именно она наиболее похожа на кожу человека. При проведении исследований было обнаружено, что повязка особенно эффективна для микроорганизмов, замыкающихся на специальной оболочке – биопленке. Это происходит в связи с тем, что бактерии с целью сохранения своего существования прячутся в защитном специальном пузырьке, который называется полимерной внеклеточной матрицей.

Повязка выпускает специальный флюоресцентный краситель из нанокапсул, реагируя на токсины, которые выделяются в результате жизнедеятельности патогенных микробов в ране. При этом очень важным является то, что нанокапсулы раскрываются только в присутствии болезнетворных бактерий и никак не реагируют на обычную микрофлору, которая живет на коже человека в норме.

Такая повязка позволит врачам моментально определять отсутствие или наличие в ране инфекции, а значит, диагностика и лечение гарантировано будут проводиться своевременно. Это позволит не только избежать осложнений при лечении ран, но и в отдельных случаях избавить от необходимости ампутировать конечность, а иногда и спасти жизнь человеку.

В настоящее время диагностирование инфицирования раны занимает 48 часов, то есть достаточно длительный промежуток времени, за который риск возникновения осложнений возрастает многократно. При этом не только для лечения, но и для профилактики инфекции больным назначаются антибиотики, что усугубляет проблему резистентности и побочных действий последних.

Принцип действия нанокапсул в покрытии

Принцип действия повязки с нанокапсулами
Живые бактерии (жёлтые) испускают токсины (зелёные), которые разрывают оболочку микроскопических «пузырьков». В результате выходит действующее вещество и краситель (красный цвет). Патогены погибают.

Гелевая кровоостанавливающая повязка

Израильские ученые создали свой «умный» бинт Wound Clot, благодаря которому можно остановить даже самое сильное кровотечение. Повязка пропитана специальным веществом, которое контактируя с кровью, образует клейкий плотный гель.

Как утверждают создатели этой повязки, она может остановить даже очень сильное артериальное кровотечение, а за то время, пока она действует, в организме успевают заработать свои собственные физиологические процессы свертывания крови.

Стоимость повязки достаточно приемлемая – что-то около десяти долларов и это позволяет врачам существенно экономить средства на ургентных операциях. Пока материал доступен только медицинским работникам и в свободной продаже его нет. Однако вероятно в скором будущем появится простой вариант такой повязки для широких масс.

Австралийская «умная» повязка исцелит раны быстро

Повязка с нановолокнамиАвстралийские ученые из Технического Университета Суинбера проводят работы по созданию еще одной «умной повязки», которая сможет изъять из раны все болезнетворные микроорганизмы и тем самым ускорить её заживление.

Специалисты применили технологию электрического прядения, которая позволяет создавать полимерные нити в сотни раз тоньше человеческого волоса, из которых в дальнейшем сплетают нановолокно для извлечения из раны бактерий.

На первой стадии исследований на пленку наносили массу, состоящую из золотистого стафилококка, который вызывает хроническое инфицирование и воспаление в ране. Было обнаружено, что бактерии очень быстро прикрепляются к нитям нановолокна.

На второй стадии использовались бактерии кишечной палочки, которые также часто присутствуют в воспаленной ране. При этом нановолоконо обрабатывалось различными веществами. Обнаружено, что наиболее быстро бактерии кишечной палочки прикрепляются к волокнам любого размера при обработке их аллиламином.
На третьей стадии разработки при участии научных сотрудников Университета Шеффилда из Великобритании все эксперименты были проведены на образцах кожи человека.

Доказано, что у одних людей все повреждения заживают быстро, а у других этот процесс затягивается на длительный срок, что приводит к повышенной восприимчивости к инфекциям. Австралийские ученые считают, что они в уже очень скором будущем смогут решить эту проблему.

Гибкая электроника из США

Исследователи из Гарварда решили не останавливаться на повязках просто как на способах закрытия раны и даже возможностях лечения различных ран, ожогов и повреждений. Они проводили работы по объединению достижений в различных областях науки – микроэлектроника и технология микросистем, исследования по биоматериалам и живым тканям. Результатом этих исследований стало создание «умных» ухаживающих повязок для ран, которые будут требовать длительного ухода и которые долго заживают — это в первую очередь ожоги, а также трофические язвы, пролежни, особенно у больных сахарным диабетом.

Эти инновационные устройства называют гибкой электроникой и будут не просто закрывать раневой дефект и приносить к нему лекарственные препараты. Они смогут самостоятельно контролировать все обязательные условия для скорейшего заживления раны, в первую очередь температурный режим и уровень кислорода, корректировать эти условия при необходимости, сообщать информацию об этих изменениях медицинскому персоналу.

Гибкая электроника – это активно развивающаяся область науки, которая охватывает создание, проектирование и производство электронных схем и аппаратуры на полимерных гибких подстилках. Гибкая биоэлектроника – это применение гибкой электроники в биомедицинских приложениях для исследования, контроля различных параметров, нейропротезирования и т.д.

При создании гибких биоэлектронных систем в полимерные частицы вводятся лекарственные препараты, которые они могут выпустить (непосредственно в рану) при необходимости. Эти микрочастицы с молекулами лекарственных веществ внутри фиксируются на участках гидрогеля, поверх которого укладывается электронный механизм мониторинга и стимуляции. Далее все это устройство помещается на рану, благодаря чему весь участок раны подвергается постоянному контролю гибкими датчиками – измеряется температура раны, её кислотно-щелочной баланс, уровень влажности. Если состояние раны и окружающих тканей позволяет, то в электростимулятор посылается сигнал, который вызывает выпуск молекул лекарственного препарата в рану.

Целью исследований является создание «умного» повязки — пластыря, используя биоэлектронику и гибкие датчики, что позволит постоянно контролировать состояние раны и в случае необходимости иметь возможность вмешаться и исправить параметры среды с использованием молекул лекарственных препаратов в микрочастицах для наиболее быстрого заживления раны.

Ученые прогнозируют, что в течении ближайших пяти — десяти лет их изобретение приобретет широкое распространение и будет активно использоваться в лечении пациентов.

На видео об «умных» бинтах, разработанных в США:

Биоинженерная конструкция от российских ученых

Ученые изобрели новые повязки из биологического материала, которые имеют свойство саморазрушаться. Эти перевязочные материалы не только закрывают рану, но и активизируют процессы заживления эпителия кожи, а после выполнения своих функций рассасываются.

Для того, чтобы можно было обеспечить наиболее быстрое и легкое заживление ран, должен быть соблюден ряд условий:

  • под повязкой раневая поверхность должна «дышать» при этом, не пересыхая и сохраняя влажное состояние;
  • клетки эпителия должны делиться наиболее активно, для того чтобы обеспечить наиболее быстрое закрытие дефекта, а вот болезнетворные микроорганизмы наоборот размножаться не должны;
  • наложенная повязка должна хорошо удерживаться на месте, быть прочной, но в тоже время эластичной и мягкой, чтобы не наносить дополнительных повреждений заживающим тканям при проведении перевязок и движениях больного.

Биополимеры – это биологические высокомолекулярные соединения, которые являются природными конечными продуктами жизнедеятельности бактерий. Раньше ученые из Красноярска уже создали технологию выращивания специальных бактерий, которые внутриклеточно аккумулируют большое количество биополимера, методики его извлечения из клетки и очищения, а также открыли возможности получать бактерии с конкретными определенными свойствами.

Для создания перевязочного материала используются биологические полимеры, которые идеально подходят для заживления мягких тканей.

Нетканые волокнообразные покрытия для раневых поверхностей формируются при помощи метода электроспиннинга (или элетровытяжения). Под воздействием электрического поля вытягиваются очень тонкие волокна из биополимерного раствора, потом эти волокна фиксируются на подложке, после чего последняя удаляется. Получается пористое на микроскопическом уровне нетканое полотно из тончайших биополимерных волокон, расположенных в произвольном порядке. По своей сути полученный результат – это биотехнологический аналог человеческой кожи, основанный на биоразрушаемом полимерном материале, который обеспечивает клеткам эпителия кожи идеальные условия для деления и роста.

Принцип действия метода электроспиннинга

Использование метода электрострипинга в производстве бинтов

После во время проведения экспериментальных исследований эти биополимерные полотна-мембраны заселяли фибробластами (клетками соединительной ткани) и накладывали на раневые поверхности лабораторным крысам. Такая повязка является сложной биоинженерной конструкцией.

Изначально при создании биополимерного полотна на элетрополе конструкция получалась очень сходной по своему строению и свойствам с соединительной тканью человеческой кожи. Для усиления репарационного эффекта в нее вживляли живые клетки.

Эксперименты проводились в трех направлениях:

  • обычная марлевая повязка;
  • полимерное покрытие без каких-либо включений;
  • полимерное покрытие с вживлением фибробластов.

Биополимерная повязка с вживленными живыми клетками соединительной ткани катализировала заживление раневой поверхности в четыре раза. Одновременно с этим произошла абсолютно полная регенерация структуры кожного покрова.

Комментарий к итогам исследований биополимерных повязок заведующей лабораторией ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН, доктора биологических наук, профессора Сибирского федерального университета Татьяны Воловой: «На сегодняшний день в мире существует множество различных перевязочных материалов для лечения ран с абсолютно разным уровнем эффективности. Самой идеальной станет та повязка, которая после накладывания на рану обеспечит все необходимые условия для наилучшего заживления и сама собой «исчезнет». В современной науке появилось целое течение по созданию различных конструкций из биологических материалов, которые абсолютно безопасно могут совмещаться с живой тканью. В нашем случае для дополнительного улучшения процесса регенерации поврежденных тканей в ране были использованы клетки соединительной ткани, взятой у животных. Нам удалось добиться не просто поверхностного закрытия дефекта эпидермисом, но и полноценного восстановления всех слоев кожи с её функциональными структурами – волосяными фолликулами, сальными и потовыми железами. Это действительно очень хороший результат».

Принципиальные особенности инновационной повязки представила доктор биологических наук и научный сотрудник ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН, заведующая кафедрой медицинской биологии Сибирского федерального университета Екатерина Шишацкая: «Созданный нами материал имеет три уникальных свойства: он биоинертен, биосовместим и биоразлагаем.

Пока что повязки в большинстве случаев используют в привычном для всех смысле – просто как защиту от инфекции и факторов окружающей среды. Но у ученых всего мира другое мнение на счет функций перевязочного материала. Уже совсем скоро повязка станет не просто лечебным средством, а будет информировать врачей о состоянии раны, что избавит от необходимости проводить массу лабораторных исследований, сэкономит драгоценное время для лечения, предотвратит развитие осложнений. А разработки российских ученых в ближайшем будущем позволят лечить любые повреждения без шрамов и рубцов.


Понравилась статья? Поделитесь с друзьями в социальных сетях:

И подписывайтесь на обновления сайта в Контакте, Одноклассниках, Facebook, Google Plus, Twitter или по RSS.

Оставить комментарий

Ваш адрес электронной почты не будет опубликован.