Водоросли и панцири креветок пригодились для нового кровоостанавливающего материала

Химики из РХТУ им. Д. И. Менделеева синтезировали новый материал на основе биополимеров хитозана и альгината, а также наночастиц серебра, который может не только эффективно купировать кровотечения, но и обладает выраженной антибактериальной активностью. Статью с результатами их работы опубликовал International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials.

Чтобы остановить кровотечение, нужен гемостатический материал, который можно легко закрепить на ране и так, с одной стороны, изолировать ее, чтобы ускорить заживление, а с другой — обеспечить отвод жидкостей и защиту от инфекции. Существует много различных гемостатических материалов, но большинство из них сфокусировано только на быстрой остановке кровотечения и плохо подходит для более долгосрочного лечения. Российские ученые предложили новый материал из трех компонентов: альгината и хитозана — биополимеров, выделяемых из водорослей и панцирей ракообразных, соответственно, а также наночастиц серебра. При этом последние получали не стандартным химическим методом, а с помощью биологического синтеза: гранулы наносеребра производили грибы, которые выращивали в среде, богатой ионами серебра.

«На основе альгината создают гидрогели — нерастворимые в воде губки, способные набирать и отдавать большие объемы жидкости, — рассказывает первый автор работы, доцент РХТУ им. Д. И. Менделеева Мария Гордиенко. — Но чтобы эти губки не растворялись в воде, их структуру нужно сшить с помощью сшивающих агентов, которыми чаще всего выступают разные токсичные химические реагенты, а мы заменили их на хитозан. Он образует связи с альгинатом, что приводит к формированию геля, который сохраняет свою стабильность и при погружении в раствор. Кроме того, хитозан обладает антибактериальным эффектом, способствует связыванию компонентов крови и заживлению ран. Наконец, наночастицы серебра придают гелю дополнительный антибактериальный эффект — так, в сумме мы получили новый гемостатический материал с высокой биосовместимостью и хорошо выраженными антибактериальными свойствами».

Синтезированные гели выглядят как пористая губка толщиной до 5 мм. Их можно нанести на открытые раны, чтобы быстро купировать кровотечение и одновременно защитить от инфекции. При этом губка способна впитывать большие объемы жидкостей, выделяющихся из ран, сохраняя свою механическую стабильность. Потом при необходимости — например, если хирургу нужно провести операцию и зашить рану — губку можно легко удалить.

Основная новация российских исследователей — это многостадийный процесс синтеза, который до этого не применялся для гемостатических материалов. Сначала они получали растворимый гидрогель альгината с наночастицами серебра, потом криоструктурировали его — то есть охлаждали материал до –20 °С в результате чего внутри губки образовывалась первичная система каналов. Далее материал приводили в контакт с раствором хитозана и при постепенном оттаивании при –5 °С молекулы хитозана связывались с альгинатом и так сшивали систему уже в нерастворимую сетчатую губку. Дальше смесь снова замораживали до –20 °С и высушивали сублимацией, чтобы получить конечный материал.

В серии экспериментов ученые оценили перспективность нового материала для остановки кровотечения. Оказалось, его пористость составляет до 50 %, то есть на суммарный объем всех пор приходится половина всего объема геля, за счет чего он эффективно впитывает жидкости. При этом альгинат-хитозановые гели остаются нерастворимыми и механически стабильными при значениях рН и температуры, характерных для ран, поэтому они подходят для этих условий. Наконец, отдельно изучали антибактериальные свойства гелей. Их помещали в чашки Петри с тремя типичными культурами патогенов (золотистого стафилококка Staphylococcus aureus, синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa и восковой бациллы Bacillus cereus). Спустя 24 часа нахождения гелей в среде бактерий ученые оценивали размеры и форму свободных зон вокруг образцов: чем больше размер зоны, тем сильнее антибактериальный эффект. Оказалось, что альгинат-хитозановые губки с наночастицами серебра обладают выраженными антибактериальными свойствами, в то время как у губок без добавления серебра их нет.