Ученые ИТМО создали ранозаживляющий материал на основе шелка паука — его можно использовать в качестве нитей для наложения швов после операций. Кроме того, разработка поможет врачам быстро отслеживать возможное инфицирование раны после хирургических манипуляций. Материал безопасен для организма человека.
Образцы паутинного шелка без наноточек (слева) и с ними (справа). При облучении синим светом заметно свечение в оранжево-красной области спектра
Один из самых сложных этапов в хирургии — заживление раны, потому что от него во многом зависит исход операции. Обычно для этого используют хирургические швы, которые должны быть биосовместимыми и биоразлагаемыми. Однако существует риск инфицирования места операции, что усложняет восстановление пациента. К тому же бывает сложно оперативно отследить появление патогенов после хирургического вмешательства.
Ученые химико-биологического кластера ИТМО нашли способ, как преодолеть эту проблему. Они разработали гибридный материал на основе натуральной паутины, который позволяет одновременно не только заживлять раны, но и быстро находить патогены, провоцирующие различные заболевания. Из него можно будет сделать подкожные хирургические нити для наложения швов после операций. Предложенный исследователями метод был протестирован на условно патогенных бактериях, таких как кишечная палочка, золотистый стафилококк, и грибке Candida albicans.
Материал состоит из двух компонентов: шелка паука (паутины) — он выполняет роль каркаса для регенерации тканей — и углеродных точек (класс наноматериалов), которые обладают свойством флуоресценции (то есть они могут светиться при поглощении света с определенной длиной волны). При их помощи можно будет в режиме реального времени отслеживать процесс заживления после зашивания ран.
“Мы модифицировали натуральный шелк паука флуоресцентными углеродными точками. Главное их свойство — способность к свечению при поглощении энергии (света). Также эти наночастицы могут служить сенсором для обнаружения патогенов, поскольку при взаимодействии с ними свечение снижается, и оптический отклик не наблюдается. Обычно, когда мы облучаем наш материал синим светом, он становится красным. Но после взаимодействия с патогенами материал перестает светиться. Таким же образом врачи могут проверять, как проходит заживление ран после операции: если при световом тесте материал сохраняет флуоресцентные способности — все в порядке, если нет — скорее всего, в тканях воспалительный процесс. Наш материал можно будет использовать в качестве подкожных нитей для наложения швов“, — рассказывает Елизавета Мальцева, автор исследования, студентка химико-биологического кластера Университета ИТМО.
Исследователи проверили эффективность полученного материала в тестах in vitro на биосовместимость и цитотоксичность.
Автор исследования, студентка химико-биологического кластера Университета ИТМО Елизавета Мальцева
“Еще одно преимущество нашей разработки — простота получения материала. Для этого мы собрали паутину норных пауков, очистили ее и затем провели одностадийный синтез. Новизна проекта заключается еще в том, что мы использовали паутину как каркасный материал и источник углерода для формирования наночастиц. По сути, мы вырастили углеродные точки на поверхности паутины. В результате у нас получился прочный гибридный материал, который имеет превосходные механические свойства по сравнению с уже использующимися в хирургии”, — добавляет Елизавета Мальцева.
На следующем этапе ученые планируют проверить разработку на биоразлагаемость и биосовместимость in vivo.
Исследование поддержано грантом РНФ №22-23-00790.
Источник фотографий: Дмитрий Григорьев, ITMO.NEWS
Информация и фото предоставлены Университетом ИТМО
Материал подготовлен при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук
