Антибактериальные биоповязки из нановолокна

Новое волокно для антисептических раневых повязок, которое позволит избежать осложнений у пациентов в послеоперационный период, создали ученые из Университета МИСИС и Сколковского института науки и технологий. Сверхтонкие нити получили из различных полимеров методом электропрядения.

На протяжении четырех лет специалисты исследовали взаимодействие полимеров (ПВА-ПЭГ-SiO2) с оболочкой, полученной из поливинилового спирта и оксида графена (ПВА-GO). В качестве средства, обеспечивающего устойчивую антибактериальную активность в отношении золотистого стафилококка, использовался диглюконат хлоргексидина. Доказано, что сшивание GO и SiO2 при контакте с влагой инициирует переход волокнистого композита в гидрогель, высвобождая лекарство. Результаты опубликованы в международном научном журнале International Journal of Molecular Sciences (Q1).

Одной из проблем заживления ран является образование плотной биопленки в результате воспаления, вызванного чаще всего золотистым стафилококком. Хронические диабетические язвы, сложные ожоги, зубные и перипротезные инфекции весьма чувствительны к бактериальной активности, которая с каждым годом все труднее поддается лечению из-за возрастающей антибиотикорезистентности. Поэтому одним из наиболее перспективных направлений является волокно–гидрогель и разработка на его основе биорезорбируемого ранозаживляющего композита.

«Биоактивные молекулы могут изначально присутствовать в составе полимерного раствора, из которых мы получаем волокно. Также лекарственные добавки можно вносить уже в готовую массу. Это позволяет создавать широкий спектр медицинских средств на основе нашей разработки», — сказал один из руководителей проекта Алексей Салимон, к.ф-м.н., заведующий кафедрой физической химии, заместитель руководителя лаборатории ускоренных частиц (ЛУЧ) НИТУ МИСИС.

Гидрофильные полимеры способствуют заживлению, так как поддерживают оптимальный уровень влажности для достаточной миграции клеток и активности эпителиальных клеток в раневом ложе. Регулирование выделения экссудата из раны также является важным условием регенерации тканей. Новаторским решением стало добавление в первоначальный полимерный раствор графена. Данный углерод в виде пленки толщиной в один атом обладает высокой прочностью, электропроводностью и способствует получению более тонкой и однородной нити. Это обеспечивает более равномерное распределение лекарственных веществ в составе раневой повязки и положительно сказывается на медицинских свойствах.

«В раствор на основе полимеров вносятся дополнительные компоненты, такие как графен или наночастицы кремнезема. После чего под воздействием сильного электрического напряжения из раствора вытягивается нить толщиной в десятые доли микрона. Она ложится на приемник и формирует нетканое полотно, похожее на двумерную вату. В частности, электропрядильная установка для производства волокна была разработана и изготовлена нами из доступных отечественных компонентов», — объяснил Алексей Салимон.

Действие гидрогеля

Изготовление композита

Затем волокнистую массу спрессовывают в «подушечки», которые в дальнейшем можно использовать в составе активных раневых повязок.

«Мы экспериментально подтвердили, что композитное волокно ПВА-ПЭГ-SiO2 нетоксично для человека и при этом обеспечивает устойчивую антибактериальную активность против золотистого стафилококка. Переходя в гидрогель, оно оптимизирует высвобождение лекарственного средства», — рассказала соавтор исследования, ведущий эксперт НОЦ биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Елизавета Кудан.

Предлагаемое биосовместимое решение для волокон, содержащих хлоргексидин, поможет свести к минимуму хирургические вмешательства и послеоперационную боль у пациентов с хроническими ранами.

Работа ученых поддержана Российским научным фондом и грантом (K1-2022-032) в рамках федеральной программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»). В настоящий момент разработка готова к началу сертификации и в дальнейшем к запуску в производство.