Мало сделать операцию человеку — нужно еще избежать послеоперационных осложнений, в том числе гнойно-воспалительных. Заметную роль в том, что такие осложнения встречаются, играет шовный материал — нитки, которыми хирурги стягивают рану, чужеродный для организма материал.
Фото: Иван Водопьянов, Коммерсантъ
Фото: Иван Водопьянов, Коммерсантъ
При использовании нитей из привычных в хирургической практике кетгута, шелка, капрона, лавсана вирулентность, то есть способность микробов к заражению человеческого организма, резко возрастает. Но если покрыть, скажем, шелковые хирургические нити биосовместимыми полимерными материалами на основе полисахаридов и белков, можно улучшить не только их физико-технические, манипуляционные, но и биологические свойства.
Будучи высокоэффективными биостимуляторами, белки и полисахариды, среди которых гиалуроновая кислота, альгинаты, хитозан и фиброин, обладают различными типами биологической активности: противовоспалительными или противомикробными свойствами, антиоксидантным или антикоагулянтным действием. Поверхностная активность, гидрофильность и способность к комплексообразованию полисахаридов и белков — важнейшие показатели их адсорбционных свойств — позволяют не только регулировать экспрессию ферментов и обеспечивать оптимальное для заживления ран содержание влаги, но и служить естественным дренажем.
Гидрогелевые матрицы на основе этих биополимеров обеспечивают целостность тканевых структур, контролируют доставку лекарств и белков, служат барьерами между тканями и различными материальными поверхностями. И что немаловажно, в процессе биодеградации белки и полисахариды расщепляются до простых соединений, которые могут принимать активное участие в метаболизме на клеточном уровне или просто выводятся из организма.
Наиболее перспективные биополимеры для описанных выше целей — хитозан и фиброин шелка. Хитозан — биодеградируемый полимер из панцирей ракообразных и мицелиальных грибов. Среди его достоинств — способность ускорять заживление ран: он стимулирует рост клеток и проявляет антимикробную активность. Хитозан содействует адгезии, то есть сцеплению поверхностей, и восстановлению тканей: он похож на гликозаминогликаны, входящие в состав внеклеточного матрикса в составе протеогликанов. Протеогликаны же участвуют в ионном обмене и иммунных реакциях. К гликозаминогликанам относятся, кстати, гиалуроновые кислоты, о волшебном омолаживающем действии которых говорится в разного рода рекламных публикациях.
Структурный белок шелка фиброин — отличный субстрат для прикрепления и пролиферации клеток.
Фиброин и хитозан, а также композиционные материалы на их основе обеспечивают структурную целостность тканей, контролируют доставку к ним факторов роста и ферментов, помогают клеткам прикрепляться к субстрату, а также влияют на пролиферацию, то есть разрастание ткани, и функциональную активность живых цитообъектов.
Специалисты кафедры химии и технологии полимерных материалов и нанокомпозитов РГУ им. А. Н. Косыгина совместно с учеными институтов РАН под руководством доктора химических наук, профессора Наталии Кильдеевой благодаря гранту РФФИ получили возможность исследовать модификации полисахаридов и белков при формовании волокон и хирургических нитей, содержащих новые регуляторы иммунных воспалительных процессов. Шелковые хирургические нити состоят из фиброина — белка органического происхождения. А вырабатывается этот белок неутомимыми одомашненными гусеницами тутового шелкопряда Bombyx mori из семейства Bombycidae.
Усовершенствованные химиками РГУ им. А. Н. Косыгина нити, содержащие новые регуляторы иммунных воспалительных процессов, предназначены для регенерации мягких тканей и могут использоваться в сердечно-сосудистой, глазной и нейрохирургии, поскольку вызывают минимальную воспалительную реакцию и в последующем без проблем инкапсулируются соединительной тканью и деградируют в организме.
Особо стоит отметить, что сотрудникам кафедры химии и технологии полимерных материалов и нанокомпозитов удалось найти способ, как включать белково-пептидные препараты в структуру волокнистых материалов из фиброина в составе биологически активного полисахарида — хитозана. В качестве сшивающего реагента был выбран экологически чистый, биоактивный и биосовместимый растительный компонент дженипин, который вырабатывается из тропической жасминовой гардении. Послойное нанесение на хирургическую шовную нить покрытия на основе нерастворимого комплекса гиалуроновой кислоты и хитозана, сшитого дженипином, позволяет сглаживать нитевую поверхность, что снижает травматичность при ее использовании, а яркий окрас нити облегчает ее применение при хирургических операциях.
Благодаря оптимизации состава формовочных композиций, совершенствованию условий сшивки и введения биополимерной композиции в волокно из фиброина и хитозана коллективу исполнителей гранта удалось получить образцы биологически активной хирургической нити, содержащей белково-пептидный концентрат. В процессе биологических испытаний было выявлено, как тип полимерного материала, морфологии его поверхности и степень сшивки влияют на развитие и исход местной воспалительной реакции при подкожном введении образцов хирургической нити при проведении гистологических исследований.
В частности, раскрыт потенциал хитозан-фиброиновых волокнистых материалов как носителей белковых молекул, секретируемых мезенхимальными стволовыми клетками.
Полученные в РГУ им. А. Н. Косыгина результаты убедительно продемонстрировали, что с помощью белково-пептидных комплексов можно управлять синтетической активностью макрофагов, что открывает новые перспективы их использования в лечебных целях.
Макрофаги — агенты иммунитета, они присутствуют практически во всех тканях организма. Они осуществляют активный захват, переваривание и обезвреживание чужеродных микроорганизмов (вирусов, бактерий, одноклеточных, паразитов), а кроме того, занимаются утилизацией биологического мусора — «невостребованных» и погибших клеток. Именно макрофаги играют главную роль в реакции организма на инородный материал — будь то катетеры, стенты, эндопротезы или хирургические нити.
Причем характер реакции и степень ее выраженности зависят как от размера имплантируемого материала, так и от его физико-химических свойств, и могут оказывать на организм как отрицательное, так и положительное воздействие. Ведь помимо патрулирования и отлавливания патогенов макрофаги способны оказывать помощь в восстановлении поврежденных тканей. Но в этой службе на два фронта очень важен баланс, так как при его случайном смещении в ту или иную сторону возникают сбои в работе иммунитета и поддержании гомеостаза. Но поскольку хитозан-фиброиновые волокнистые материалы содержат новые регуляторы иммунных воспалительных процессов, то риск от смещения баланса сведен к минимуму.