Гидрогель против стресса: учёные придумали защиту для клеток кожи

Учёные НИТУ МИСИС разработали биосовместимый гидрогель, который может стать основой новых покрытий для лечения ран. Материал помогает клеткам кожи справляться с окислительным стрессом, одним из факторов, из за которых повреждённые ткани восстанавливаются медленнее. Гидрогель постепенно высвобождает антиоксидантное вещество непосредственно в области повреждения, снижая количество молекул, способных повреждать клетки.

Заживление раны начинается с воспаления. Это нормальная реакция организма, которая помогает защитить повреждённый участок и запустить восстановление тканей. Однако если воспаление продолжается слишком долго, в клетках накапливается избыток активных форм кислорода. Это химически активные молекулы, которые в больших количествах могут повреждать клеточные структуры. Такое состояние называют окислительным стрессом. Защитные механизмы клетки перестают справляться с количеством агрессивных молекул. В результате восстановление тканей может замедлиться. Особенно серьёзной эта проблема становится при хронических ранах, которые долго не заживают.

Чтобы решить эту проблему, специалисты Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС создали гидрогелевую систему на основе альгината натрия. Это природный полимер, то есть длинная молекула, состоящая из повторяющихся звеньев. Альгинат получают из бурых водорослей и уже используют в различных биомедицинских материалах. В структуру гидрогеля учёные добавили дендримеры. Это разветвлённые молекулы, которые можно представить как крошечные контейнеры для доставки нужных веществ.

В данном случае они удерживают антиоксидант, защищая его от преждевременного разрушения. В качестве активного компонента исследователи использовали металлопорфирин. Это соединение способно имитировать работу супероксиддисмутазы, фермента, который защищает клетки от избытка активных форм кислорода. Благодаря такой комбинации гидрогель не просто закрывает повреждённый участок, а создаёт вокруг клеток более благоприятные условия для восстановления.

Важной особенностью материала стало контролируемое высвобождение антиоксиданта. Большая часть активного вещества выделяется в течение первых суток. Именно в этот период клетки особенно нуждаются в защите от окислительного стресса. Учёные также проверили, насколько материал безопасен для клеток кожи человека. В экспериментах использовали кератиноциты и фибробласты. Кератиноциты являются основными клетками наружного слоя кожи, а фибробласты участвуют в формировании соединительной ткани и восстановлении повреждённых участков.

По результатам испытаний материал не проявлял токсического действия на эти клетки, а их жизнеспособность оставалась высокой даже после нескольких суток контакта с гидрогелем, сообщил доцент Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Никита Яббаров.

После этого исследователи создали в лаборатории условия, имитирующие окислительный стресс, и проверили работу гидрогеля. Оказалось, что материал значительно снижает количество активных форм кислорода внутри клеток. Это указывает на то, что разработка действительно способна защищать клетки от повреждений. Исследователи изучили и влияние материала на макрофаги. Это клетки иммунной системы, которые поглощают повреждённые клетки и участвуют в управлении воспалением.

Одни состояния макрофагов поддерживают воспалительный процесс, другие помогают ему завершиться и способствуют восстановлению тканей. По словам соавтора исследования, студентки Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Дарьи Зиновьевой, гидрогель стимулировал переход макрофагов в прорегенеративное состояние. Это состояние связано с формированием новых тканей и завершением воспалительного процесса. Таким образом, материал потенциально способен не только защищать клетки от окислительного повреждения, но и помогать иммунной системе переключаться с воспаления на восстановление.

По словам директора Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС Фёдора Сенатова, полученные результаты позволяют рассматривать разработку как перспективную основу для создания биосовместимых ранозаживляющих покрытий. В будущем подобные материалы могут использоваться для восстановления кожи и слизистых оболочек. Их преимущество заключается в возможности одновременно решать несколько задач: контролировать воспаление, защищать клетки от окислительного повреждения и создавать условия для естественной регенерации, то есть восстановления тканей организмом.