Американские исследователи создали гидрогель, который способствует быстрому заживлению ран у больных диабетом. Он содержит микросферы с пероксидом водорода, покрытые оболочкой с ферментом каталаза. При разрушении пероксида водорода образуется кислород, который устраняет гипоксию тканей и ускоряет заживления ран — у мышей с диабетом раны, обработанные гидрогелем с микросферами, через 16 дней сокращались до 10,7 процента от своего прежнего объема.

Работу опубликовали в Science Advances.

Для здорового человека небольшие повреждения кожи не представляют опасности и заживают без посторонней помощи. У больных сахарных диабетом любое повреждение кожи рискует приобрести хроническое течение. Дело в том, что диабет повреждает сосуды, и они не могут доставить достаточное количество кислорода к ране — вокруг нее создается гипоксическое окружение. Недостаток кислорода в ране усугубляется еще больше из-за того, что вызванные на борьбу с повреждением иммунные клетки также потребляют большое количество кислорода. Долговременная гипоксия замедляет рост новых сосудов, синтез внеклеточного матрикса и восстановление эпителия.

В последние годы для лечения диабетических ран применяют гипербарическую оксигенацию — насыщение области повреждения кислорода под высоким давлением. В некоторых исследованиях после 40 сеансов лечения раны закрывались, а в других работах сообщали о неэффективности этого метода. Неудачи гипербарической оксигенации связывают с ее кратковременным воздействием, так как после сеанса лечения содержание кислорода в ране быстро снижается.

Команда американских исследователей во главе с Цзяньцзюнь Гуанем (Jianjun Guan) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе придумали решение этой проблемы. Они создали гидрогель, содержащий микросферы, внутрь которых заключен пероксид водорода. Микросферы покрыты оболочкой, в которую встроен фермент каталаза. Без теплового воздействия гель имеет водянистую структуру, но при соприкосновении с телом и согревании, он загустевает, а каталаза взаимодействует с пероксидом водорода с выделением кислорода в рану. Кроме этого, гидрогель поглощает активные формы кислорода, которые образуется при воспалении тканей и мешают нормальному заживлению раны. Гидрогель с микросферами сохраняет свою активность на протяжении двух недель, и обеспечивает постоянный приток кислорода в рану.

Свою разработку исследователи проверили в экспериментах на мышах c диабетом, которым предварительно поранили кожу. Животных разделили на три группы по восемь мышей: одной группе на рану нанесли гидрогель с микросферами, другой — только гидрогель, а раны третьей группы оставили без лечения.

Через 16 дней после нанесения гидрогеля с микросферами раны у мышей уменьшились до 10,7 процента от первоначального размера, а в остальных двух группах их площадь сократилась не так значительно. У мышей, на раны которых нанесли только гидрогель, раны уменьшились до 30,4 процента от первоначального размера, а у оставшихся без лечения мышей — до 52,2 процента от первоначальной площади.

Поверхность раны: серая линия – без лечения, голубая линия – с нанесением только гидрогеля, желтая линия – с нанесением гидрогеля с микросферами / Guan et al / Science Advances, 2021

Ученые сделали вывод, что с помощью разработанного ими метода можно лечить не только незаживающие раны при диабете, но также и другие заболевания, сопровождающиеся ишемией тканей, например воспаление периферических артерий или ишемическую болезнь сердца. В планах у исследователей начать испытания гидрогеля на крупных млекопитающих, чтобы усовершенствовать его.