Регенерация раненной кожи с помощью биоактивной мази из наночастиц стекла и золота. Заживление — сложный процесс при повреждениях кожи у взрослых, требующий совместных биохимических процессов для восстановления на месте. Различные типы клеток (макрофаги, лейкоциты, тучные клетки) вносят вклад в связанные фазы пролиферации, миграции, синтеза и сокращения матрикса, в сочетании с факторами роста и матриксными сигналами в месте раны. Понимание контроля сигнала и клеточной активности на месте может помочь объяснить процесс восстановления кожи взрослого человека, помимо простого исправления и, в большей степени, регенерации, для оценки биомеханики и реализации стратегий ускоренного восстановления ран в регенеративной медицине.

Наночастицы золота заключены в силикатные биоактивные стекла, приготовленные золь-гель методом. Фото Фото: Материаловедение и инженерия

Биоинженеры, материаловеды и специалисты по жизни, изучающие пересечение материалов и медицины, разработали аутотрансплантаты, аллотрансплантаты и ксенотрансплантаты для частичного и полного заживления ран. Ограничения этих процедур могут задерживать заживление больших участков кожных дефектов и являются серьезной клинической проблемой в здравоохранении из-за потенциального риска антигенности и передачи заболевания. Стратегии тканевой инженерии для регенерации кожи — это практический подход, включающий использование биоактивных биоматериалов для вспомогательного ангиогенеза и более быстрой реваскуляризации.

В недавнем исследовании Сорин Марза и его коллеги из междисциплинарных научно-исследовательских институтов и факультетов физики, био-нано-наук, фармацевтики и медицины разработали биоактивные наночастицы стекло-золото (BG-AuNP) для стимулирования роста грануляционной ткани и вызвать заживление ран. В ходе исследования ученые исследовали влияние композитов BG-AuNP в качестве местной мази в течение 14 дней на заживление ран кожи с использованием экспериментальной модели на крысах. Марза и соавт. разработал золь-гель композитов BGs и BG-AuNP, смешанных с вазелином в концентрациях 6,12 и 18 мас.% (мас.%), чтобы понять реакцию восстановления кожи. Ученые наблюдали гранулематозные реакции в процессе заживления ран, обработанных мазью BG-вазелин. Результаты теперь опубликованы в биомедицинских материалах, IOP Publishing.

Ангиогенез или образование новых кровеносных сосудов из существующих сосудов является важным процессом при регенерации кожи. Биоактивное стекло отвечает за локальные клеточные реакции, вызванные деградацией in vivo, стимулируя высвобождение факторов роста, таких как VEGF (фактор роста эндотелия сосудов) и bFGF (основной фактор роста фибробластов), что вызывает ангиогенный эффект. Разнообразные исследования в области тканевой инженерии продемонстрировали преимущества биоактивного стекла в заживлении ран на основе результатов, полученных на животных моделях in vivo. В своем принципе действия ученые сообщают, что биоактивное стекло стимулировало процесс, контролируя воспалительную реакцию, усиливая паракринный эффект между макрофагами и восстанавливающими клетками.

Золотые наночастицы (AuNP) также становятся важными в медицине из-за их химических и физических свойств, таких как биосовместимость, модификация поверхности, стабильность и оптические свойства. Несмотря на сложную раннюю трансляцию в подходах тканевой инженерии, низкая концентрация AuNPs может стимулировать пролиферацию клеток во время заживления раны. Предыдущие исследования той же исследовательской группы показали, что биоактивное стекло с AuNP может стимулировать пролиферацию клеток кератиноцитов человека (HaCaT), которые составляют от 95 до 97 процентов эпидермиса на поверхности кожи. В настоящем исследовании Marza et al. исследовал потенциал регенерации кожной ткани in vivo. К 14 дню они обнаружили, что мази BG и BG-AuNP-вазелин могут стимулировать полную регенерацию кожи на экспериментальных моделях крыс.

Марза и соавт. свежеприготовленные сферические AuNP размером от 15 до 30 нм, подтвержденные с помощью микрофотографий с помощью просвечивающего электронного микроскопа (TEM) для встраивания в стеклянную матрицу. Используя рентгенограммы порошковых образцов стекла, ученые исследовали аморфные структуры, чтобы идентифицировать центры кристаллизации и золотую подпись. Исследования характеристик составных образцов также включали инфракрасную спектроскопию с Фурье-преобразованием (FTIR), которая дала спектры, типичные для силикатной сети. Чтобы разработать состав мази из стекла, ученые разогнали порошковые композиционные материалы в вазелине. Затем они использовали динамическое рассеяние света (DLS), чтобы измерить распределение частиц по размерам и подтвердить разницу в размерах между структурами образцов BG-вазелин и BG-AuNP-вазелин.

После обширной характеристики материалов ученые провели исследования биофункционализации in vitro с клеточными культурами кератиноцитов для проверки биосовместимости перед проведением хирургических процедур на модели трансляционных животных. Как и прежде, Marza et al. исследовали пролиферацию клеток HaCaT на BG-AuNP и получили сопоставимые результаты хорошей переносимости in vitro при пролиферации кератиноцитов на обоих материалах (BG и BG-AuNP). Результаты подтвердили наличие композитов для использования в качестве мазей для исследований in vivo.

Чтобы оценить потенциал заживления BG и BG-AuNP в мазях вазелином, Mayer et al. образуются композиты с концентрацией 6, 12 и 18 мас.%. Для сравнения ученые использовали вазелин в качестве положительного контроля. На моделях крыс ученые тщательно создали четыре иссеченные раны кожи, успешно копируя ранее опубликованный протокол хирургии мелких животных. Они использовали определенный метод на каждой крысе при применении мази; (1) верхнее левое иссечение оставляли в качестве контроля без мази, (2) на левом нижнем иссечении ученые применяли мазь BG-вазелин, (3) на верхнем правом удалении, они применяли только вазелин и (4) на нижнем правом удалении они применили мазь BG-AuNP-вазелин.

Ученые использовали 30 крыс в исследовании с 10 крысами, отнесенными к отдельным группам (6% BG-вазелин и BG-AuNPs-вазелиновая мазь; 12% BG / BG-AuNPs-вазелин; 18% BG / BG-AuNPs-вазелин). Рабочий протокол был одинаковым для каждой группы. После применения мази ученые добавили стерильные повязки на участки раны на крысах для предотвращения раневой инфекции в послеоперационном периоде и вводили подкожно трамадол в качестве анальгетика. К 13 дню раны были закрыты у всех животных. Через 14 дней они гуманно умерщвляли животных и проводили гистологические исследования, чтобы выявить легкие воспалительные реакции и реакции заживления ран в соответствующих группах животных. Во всех группах сосудистая пролиферация была легкой до умеренной.

Mayer et al. особенно наблюдалось в основном полное заживление с интактным эпидермисом, дермой и придатками кожи в группе с 18% BG-AuNPs-вазелином. Они также наблюдали недостаток сосудистой пролиферации для этой группы, что они связывают с улучшенным заживлением и поздним ремоделированием сосудов. Таким образом, Mayer et al. Широко охарактеризованные и признанные биоактивные мази на основе вазелинов на основе наночастиц стекла и золота в качестве перспективных материалов для заживления ран. Исследовательская группа проведет дальнейшие исследования, чтобы оптимизировать мазь для заживления ран для исследований в лабораторном переводе.

По материалам phys.org