Ученые НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ в составе исследовательской группы предложили новый подход, позволяющий усовершенствовать свойства бактериальной целлюлозы для медицинских приложений. Чтобы сделать целлюлозу биоразлагаемой, что необходимо для изготовления раневых повязок, они использовали целлобиогидролазу. Включение этого фермента в состав покрытия оказалось безопасным, что было подтверждено экспериментами на животных. Раневые повязки на основе бактериальной целлюлозы с добавлением целлобиогидролазы положительно повлияли на лечение обширных ожогов III степени, значительно ускорив процесс заживления. Результаты этой работы опубликованы в журнале Materials.
Бактериальная целлюлоза обладает целым набором необходимых свойств для изготовления раневых повязок. Она поддерживает влажную среду, теплоизоляцию и эффективную циркуляцию кислорода на поверхности раны, обеспечивает защиту от бактериальных заражений и вторичных инфекций, не вызывает аллергических реакций и т.д. Однако у человека отсутствуют ферменты, способные расщеплять бактериальную целлюлозу, поэтому скорость ее биодеградации в организме очень мала. Это ограничивает ее широкое использование в клинической практике, т.к. длительное применение такого покрытия неблагоприятно действует на поврежденную поверхность кожи. Ученые предложили скорректировать этот недостаток с помощью целлобиогидролазы – фермента, ускоряющего биодеградацию бактериальной целлюлозы в 1017 раз.
Реализация этой идеи состояла из нескольких этапов. Сначала необходимо было детально изучить процесс разрушения бактериальной целлюлозы под действием фермента, так как до этого никто не проводил такого исследования. Ученые выяснили, что за сутки под действием целлобиогидролазы материал разрушается примерно на 10%, что вполне допустимо для медицинских приложений. В отсутствии фермента достичь такой скорости биодеградации невозможно. Затем прототип раневой повязки, состоящий из бактериальной целлюлозы с добавлением целлобиогидролазы, был протестирован сначала на клеточных культурах, а потом и на животных.
«Мы впервые изучили, каким образом бактериальная целлюлоза разрушается под действием фермента, как меняется ее кристаллическая и надмолекулярная структура на протяжении всего процесса деградации. Полученные фундаментальные данные позволили перейти к прикладной части работы, где мы на живых системах продемонстрировали безопасность и эффективность разрабатываемых раневых повязок», – пояснила сотрудник лаборатории энзимологии НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ Любовь Иванова.
В работе были использованы различные физико-химических методы анализа: малоугловое и ультра малоугловое рассеяние нейтронов, рентгеновская дифракция, атомно-силовая и сканирующая электронная микроскопии.
Возможности задавать свойства бактериальной целлюлозы, которую демонстрирует данная работа, значительно расширяет спектр медицинских приложений этого материала. Одно из наиболее перспективных среди них – раневые повязки для лечения ожогов и хронических поражений кожи.
Справочно:
Бактериальная целлюлоза является химически чистым аналогом растительной целлюлозы – самого распространенного биополимера на Земле. Ее название обусловлено тем, что эту целлюлозу синтезируют бактериальные штаммы (Acetobacter, Sarcina ventriculi и Agrobacterium).
