Потери крови при сильных кровотечениях остаются частой причиной смертей. Сегодня существует большое количество кровоостанавливающих материалов, но каждый из них обладает своими недостатками – например, плохой биосовместимостью или низкой сорбционной емкостью. Химики из РХТУ имени Д. И. Менделеева синтезировали новый материал на основе биополимеров хитозана и альгината, выделяемых из водорослей и панцирей ракообразных, а также наночастиц серебра. Материал может не только эффективно купировать кровотечения, но и обладает выраженной антибактериальной активностью.

Статья опубликована в журнале International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials. Кровотечения до сих пор остаются серьезной медицинской опасностью и служат причиной более чем 30 процентов смертей от ран. Чтобы остановить кровотечение нужен гемостатический материал, который можно легко закрепить на ране и так с одной стороны изолировать ее, чтобы ускорить заживление, а с другой обеспечить отвод жидкостей и защиту от инфекции.

Существует много различных гемостатических материалов, но большинство из них сфокусировано только на быстрой остановке кровотечения, и плохо подходит для более долгосрочного лечения. Российские ученые предложили новый материал из трех компонентов: альгината и хитозана – биополимеров, выделяемых из водорослей и панцирей ракообразных, а также наночастиц серебра. При этом последние получали не стандартным химическим методом, а с помощью биологического синтеза: гранулы наносеребра производили грибы, которые выращивали в среде, богатой ионами серебра.

«На основе альгината создают гидрогели — нерастворимые в воде губки, способные набирать и отдавать большие объемы жидкости, — рассказывает первый автор работы, доцент РХТУ имени Д. И. Менделеева, Мария Гордиенко. — Но чтобы эти губки не растворялись в воде их структуру нужно сшить с помощью сшивающих агентов, которыми чаще всего выступают разные токсичные химические реагенты, а мы заменили их на хитозан. Он образует связи с альгинатом, что приводит к формированию геля, который сохраняет свою стабильность и при погружении в раствор. Кроме того, хитозан обладает антибактериальным эффектом, способствует связыванию компонентов крови и заживлению ран. Наконец, наночастицы серебра придают гелю дополнительный антибактериальный эффект — так, в сумме мы получили новый гемостатический материал с высокой биосовместимостью и хорошо выраженными антибактериальными свойствами. При этом его технология получения обеспечивает сохранение разветвленной макропористой структуры и как результат высокую сорбционную емкость».

Синтезированные гели выглядят как пористая губка толщиной до 5 миллиметров. Их можно нанести на открытые раны, чтобы быстро купировать кровотечение и одновременно защитить от инфекции. При этом губка способна впитывать большие объемы жидкостей, выделяющихся из ран, сохраняя свою механическую стабильность. Потом при необходимости — например, если хирургу нужно провести операцию и зашить рану — губку можно легко удалить.

Основная новация российских исследователей — это многостадийный процесс синтеза, который до этого не применялся для гемостатических материалов. Сначала они получали растворимый гидрогель альгината с наночастицами серебра, потом криоструктурировали его – то есть охлаждали материал до –20 градусов в результате чего внутри губки образовывалась первичная система каналов. Далее материал приводили в контакт с раствором хитозана и при постепенном оттаивании при –5 градусов молекулы хитозана связывались с альгинатом и так сшивали систему уже в нерастворимую сетчатую губку. Дальше смесь снова замораживали до –20 градусов и высушивали сублимацией, чтобы получить конечный материал.

В серии экспериментов ученые оценили перспективность нового материала для остановки кровотечения. Оказалось, его пористость составляет до 50 процентов, то есть на суммарный объем всех пор приходится половина всего объема геля, за счет чего он эффективно впитывает жидкости. При этом альгинат-хитозановые гели остаются нерастворимыми и механически стабильными при значениях рН и температуры, характерных для ран, поэтому он подходит для этих условий. Наконец, отдельно изучали антибактериальные свойства гелей. Их помещали в чашки Петри, с тремя типичными культурами патогенов (золотистого стафилококка Staphylococcus aureus, синегнойной палочки Pseudomonas aeruginosa и восковой бациллы Bacillus cereus).

Схема получения альгинат-хитозановых гелей с наночастицами серебра / ©Пресс-служба РХТУ имени Д. И. Менделеева

Спустя 24 часа нахождения гелей в среде бактерий, ученые оценивали размеры и форму свободных зон вокруг образцов: чем больше размер зоны, тем сильнее антибактериальный эффект. Оказалось, что альгинат-хитозановые губки с наночастицами серебра обладают выраженными антибактериальными свойствами, в то время как у губок без добавления серебра их нет. Экспериментов на реальных ранах, для которых нужны лабораторные животные, ученые пока не проводили. Однако по совокупности других данных уже можно говорить о перспективности нового материала для остановки кровотечений.

«Спектр материалов, которые используются для обработки ран очень большой, — говорит Гордиенко. — И основные отличия нашего материала — это его действительно высокая сорбционная емкость и биосовместимый способ получения без химических сшивающих агентов — природный альгинат, природный хитозан и наночастицы микробиологического серебра».

В августе исследователи получили положительное решение о выдаче патента на материал и способ его получения и в данный момент проводят экономическую оценку ее перспектив, разрабатывают лабораторный регламент синтеза нового материала. В дальнейшем они планируют не только провести эксперименты на животных, но и модифицировать гели таким образом, чтобы в них появились поры различных размеров и материал можно было использовать для задачи разделения крови на фракции.