Китайские исследователи с коллегами из Канады разработали клей для заживления ран из модифицированного желатина и фермента из яда змеи Bothrops atrox.
Биосовместимый клей под воздействием видимого света способствует заживлению ран и останавливает кровотечение меньше, чем за минуту. По таким показателям, как биоадгезия, прочность и время свертывания крови, «змеиный» клей оказался эффективнее, чем стандартный фибриновый клей. В работе, опубликованной в журнале Science Advances, ученые опробовали свою разработку на ранах крыс.
Хирургические клеи бывают синтетические, например, цианоакрилаты или клеи на основе полиэтиленгликоля, а также природного происхождения — на основе фибрина, полисахаридов, альбумина или желатина. Однако синтетические клеи могут быть токсичны. Например, при разложении цианоакрилатов высвобождаются цианоацетат и формальдегид, которые могут вызвать воспалительную реакцию. А природные биоадгезивы обладают отличной биосовместимостью, но зачастую имеют низкую прочность и адгезию, в том числе, золотой стандарт хирургических клеев — фибриновый клей. Есть еще одна проблема — кровотечение из ран ослабляет адгезионное взаимодействие клея с тканями.
Вдохновленные способностью змеиного яда сворачивать кровь, исследователи во главе с Ичэн Го (Yicheng Guo) и Ин Ван (Ying Wang) из Армейского медицинского университета в Чунцине разработали биоклей на основе модифицированного желатина с содержанием фермента гемокоагулазы, извлеченным из яда змеи вида кайсака (Bothrops atrox), которая является одной из самых ядовитых змей Южной Америки. Известно, что яд этой змеи способствует быстрому превращению фибриногена в фибрин — основу сгустка при свертывании крови.
Ученые включили гемокоагулазу в метакрилированный желатин. Сам по себе желатин может ускорять образование сгустков, однако он не справляется с сильным кровотечением. Когда клей наносится на рану, он глубоко проникает в ткани, а затем под действием видимого света (от 430 до 530 нанометров) происходит гелеобразование, и полимерные цепи переплетаются с тканями, а змеиный фермент помогает остановить кровь.
Как показали испытания, «змеиный» клей имеет в 10 раз большую адгезионную силу, чем фибриновый клей, а прочность на разрыв у него — 35,64 килопаскалей, в то время как у фибринового клея — 2,93. Более того, в испытаниях in vitro клей сворачивал кровь примерно за 45 секунд, а фибриновому клею нужно было в 2 раза больше времени.
Испытания in vivo исследователи провели на крысах. С помощью хирургического ножа животным сделали разрез в два сантиметра. Одним крысам раны обработали 20 микролитрами клея под воздействием света в течение одной минуты, другим — метакрилированным желатином, а третьим — фибриновым клеем. Раны осматривали ежедневно в течение 20 дней. На пятый день рана, обработанная клеем с змеиным ферментом зажила, в отличие от ран, обработанных желатином и фибриновым клеем. Кроме того, «змеиный» клей протестировали на глубоких порезах кожи крыс, разрыве аорты и поврежденной печени.
Восстановление кожи и тканей зависит от площади и глубины повреждения, сопутствующих заболеваний, возраста и других факторов. Раны, полученные в светлое время суток, заживают лучше, чем полученные ночью — к таким выводам пришли клеточные биологи из Кембриджа на основании экспериментов с циркадными ритмами в клетках соединительной ткани. Оказалось, что активность этих клеток, от которой зависит скорость заживления ран, регулируется в соответствии с биологическими часами.
Автор: Виктория Барановская