Примерно у четверти людей с диабетом развиваются болезненные язвы стопы, которые медленно заживают из-за низкого содержания кислорода в ране из-за поврежденных кровеносных сосудов и усиленного воспаления. Эти раны могут стать хроническими, что приведет к ухудшению качества жизни и потенциальной ампутации.

Цзяньцзюнь Гуань, профессор машиностроения и материаловедения в инженерной школе Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе, разработал гидрогель, который доставляет кислород в рану, что уменьшает воспаление, помогает ремоделировать ткани и ускоряет заживление. Результаты работы на модели мыши опубликованы 28 августа в Science Advances (https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj0153).

«Кислород выполняет две функции: во-первых, он улучшает выживаемость клеток кожи в условиях низкого содержания кислорода в диабетической ране; и, во-вторых, кислород может стимулировать клетки кожи для выработки факторов роста, необходимых для заживления ран», - сказал Гуан.

Ткани в организме нуждаются в кислороде, чтобы выжить, и даже в большем количестве, когда ткань повреждена. Хотя существует несколько существующих методов лечения хронических ран у людей с диабетом, наиболее распространенное лечение - это десятки сеансов в гипербарической кислородной камере, но его эффективность непостоянна и включает риск кислородного отравления.

Гидрогель Гуана доставляет кислород в рану с помощью микросфер, которые постепенно выделяют кислород для взаимодействия с клетками через фермент на их поверхности, который преобразует то, что находится внутри микросферы, в кислород. Кислород доставляется к ране примерно в течение двух недель, воспаление и отек уменьшаются, что способствует заживлению.

У мышей раны, обработанные гидрогелем, содержащим высвобождающие кислород микросферы, имели большую скорость закрытия, чем раны, обработанные только гелем, или раны без обработки. К 16 дню количество ран, обработанных гидрогелем, уменьшилось до 10,7%. Количество пациентов, получавших только гель, снизилось до 30,4%, а у пациентов без лечения - до 52,2%.

Кроме того, раны, обработанные гидрогелем, содержащим высвобождающие кислород микросферы, имели самый толстый эпидермис на 8-й день, но самый тонкий на 16-й день, что указывает на заживление раны и уменьшение воспаления.

За последние 14 лет компания Guan разработала этот тип геля, который имеет почти 70 различных функций и химических структур.

«Гель представляет собой жидкость, прежде чем мы наносим его на кожу, поэтому его легко смешивать с микросферами», - сказал он. «Когда мы помещаем смесь геля и микросфер в рану, она становится твердой, потому что чувствительна к температуре - при более низких температурах это жидкость, а при температуре тела - твердое вещество».

Одним из рисков доставки кислорода к ранам является его доставка слишком большого количества кислорода, что создает активные формы кислорода (АФК), которые могут повредить или убить клетки на повышенных уровнях. Гидрогель Гуана способен собирать и уничтожать содержание АФК, устраняя любой риск.

Затем команда Гуаня планирует использовать гидрогель в модели на крупных животных в ожидании будущих клинических испытаний на людях.

«Это представляет собой новый терапевтический подход к ускорению заживления хронических диабетических ран без лекарств», - сказал Гуан. «Он также имеет потенциал для лечения других заболеваний с низким содержанием кислорода, таких как заболевание периферических артерий и ишемическая болезнь сердца».