«Наша система производства волокна была разработана специально с целью разработки лекарств от ран войны», — сказал Кит Паркер, профессор биоинженерии и прикладной физики семьи Тарр в SEAS и старший автор исследования. «Как солдат в Афганистане, я был свидетелем ужасных ран, и иногда процесс заживления этих ран был ужасен сам по себе. Это исследование — многолетние усилия многих людей в моей команде, направленные на то, чтобы помочь с этими проблемами».Паркер также является одним из основных преподавателей Института Висс.
В самой последней статье, опубликованной в журнале «Биоматериалы», описана повязка на рану, созданная на основе тканей плода.В конце 1970-х, когда ученые впервые начали изучать процесс заживления ран на ранней стадии развития, они обнаружили кое-что неожиданное: раны, полученные до третьего триместра, не оставляют шрамов. Это открыло ряд возможностей для регенеративной медицины. Но на протяжении десятилетий исследователи пытались воспроизвести эти уникальные свойства кожи плода.
В отличие от кожи взрослого человека, кожа плода имеет высокий уровень белка, называемого фибронектином, который собирается во внеклеточном матриксе и способствует связыванию и адгезии клеток. Фибронектин имеет две структуры: шаровидную, которая находится в крови, и фиброзную, которая находится в тканях. Несмотря на то, что фиброзный фибронектин является наиболее перспективным для заживления ран, предыдущие исследования были сосредоточены на глобулярной структуре, отчасти потому, что производство фиброзного фибронектина было серьезной инженерной проблемой.Но Паркер и его команда являются пионерами в области разработки нановолокон.
Исследователи получили волокнистый фибронектин, используя платформу для производства волокон под названием Rotary Jet-Spinning (RJS), разработанную Parker’s Disease Biophysics Group. RJS работает как машина для производства сахарной ваты — жидкий полимерный раствор, в данном случае глобулярный фибронектин, растворенный в растворителе, загружается в резервуар и выталкивается через крошечное отверстие под действием центробежной силы при вращении устройства. Когда раствор покидает резервуар, растворитель испаряется и полимеры затвердевают. Центробежная сила разворачивает глобулярный белок в мелкие тонкие волокна.
Эти волокна — менее одного микрометра в диаметре — можно собрать, чтобы сформировать крупномасштабную повязку на рану или повязку.«Повязка интегрируется в рану и действует как поучительный каркас, набирая различные стволовые клетки, которые имеют отношение к регенерации и помогают в процессе заживления, прежде чем они будут поглощены телом», — сказал Кристоф Шантр, аспирант Группы по биофизике болезней и первый автор статьи.
В тестировании in vivo исследователи обнаружили, что раны, обработанные фибронектиновой повязкой, показали восстановление тканей на 84% в течение 20 дней, по сравнению с 55,6% восстановления в ранах, обработанных стандартной повязкой.Исследователи также продемонстрировали, что раны, обработанные фибронектиновой повязкой, имеют близкую к нормальной толщину эпидермиса и структуру дермы и даже отрастают волосяные фолликулы, что часто считается одной из самых больших проблем в области заживления ран.
«Это важный шаг вперед», — сказал Шантр. «Большая часть работы по регенерации кожи на сегодняшний день включает комплексные процедуры, сочетающие каркасы, клетки и даже факторы роста. Здесь мы смогли продемонстрировать восстановление тканей и регенерацию волосяных фолликулов, используя полностью материальный подход. Это имеет явные преимущества для клинического перевода».В другой статье, опубликованной в Advanced Healthcare Materials, Disease Biophysics Group продемонстрировала нановолокно на основе сои, которое также улучшает и способствует заживлению ран.
Соевый белок содержит как эстрогеноподобные молекулы, которые ускоряют заживление ран, так и биоактивные молекулы, подобные тем, которые строят и поддерживают клетки человека.«Технологии как соевого, так и фибронектинового волокна своим успехом обязаны пристальным наблюдениям в области репродуктивной медицины», — сказал Паркер. «Во время цикла женщины, когда у нее повышается уровень эстрогена, порез заживет быстрее.
Если вы сделаете операцию ребенку, все еще находящемуся в утробе матери, у него будет заживление ран без рубцов. увлекательный из всех вопросов биологии человека — как мы размножаемся ».Подобно волокнам фибронектина, исследовательская группа использовала RJS для прядения ультратонких соевых волокон в повязки для ран. В экспериментах повязка на основе сои и целлюлозы продемонстрировала 72-процентное увеличение заживления ран без повязки и 21-процентное увеличение заживления ран, перевязанных без соевого белка.
«Эти результаты показывают большие перспективы нановолокон на основе сои для заживления ран», — сказал Сынгук Ан, аспирант Группы по биофизике болезней и первый автор статьи. «Эти одноэтапные, экономичные каркасы могут стать следующим поколением регенерирующих повязок и расширить границы технологий нановолокон и рынка ухода за ранами».Оба вида повязок, по мнению исследователей, имеют преимущества в области заживления ран.
Нановолокна на основе сои, состоящие из ацетата целлюлозы и гидролизата соевого белка, недороги, что делает их хорошим вариантом для крупномасштабного использования, например, при ожогах. С другой стороны, повязки с фибронектином можно использовать для небольших ран на лице и руках, где важно предотвратить образование рубцов.
Управление технологического развития Гарварда защитило интеллектуальную собственность, относящуюся к этим проектам, и изучает возможности коммерциализации.