Ученые создали «умный» пластырь для лечения сложных ран
Группа американских ученых из государственного исследовательского Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles), возглавляемая Али Хадемхосейни (Ali Khademhosseini), разработала устройство для заживления хронических кожных ран. Электронный пластырь, самостоятельно отслеживающий состояние раны и высвобождающий нужное количество лекарства, поможет заживлению даже в таких сложных случаях, как нарушения кожных покровов у больных диабетом, при обширных ожогах и инфицировании золотистым стафилококком.
Электронный пластырь состоит из двух слоев. Первый слой, контактирующий непосредственно с поврежденной кожей, представляет собой гидрогель с равномерно распределенным в нем сферическими полимерными частицами с антибиотиком цефазолином. Этот слой не только снабжает область раны антибиотиками, но и защищает ее от проникновения патогенных организмов из окружающей среды. Для того, чтобы антибиотик не высвобождался самопроизвольно, для пластыря был выбран полимер, переходящий из гидрофильного в гидрофобное состояние при изменении температуры. Критическая температура перехода - 37 градусов по шкале Цельсия.
Второй, верхний слой управляет высвобождением лекарства из гидрогеля. Он состоит из гибкой полимерной подложки с расположенными на ней датчиками водородного показателя (pH – количественного показателя кислотности) и температуры, а также нагревателем. Данные с датчиков считываются и обрабатываются с помощью небольшого модуля с микроконтроллерами, который соединяется с электродами датчиков и закрепляется на коже рядом с пластырем.
Толщина пластыря – всего лишь порядка 3 мм.
Принцип действия «умного» электронного пластыря основан на изменении величины pH при инфицировании раны. При нормальном заживлении pH должен находиться в пределах от 5,5 до 6,5, но в случае попадания патогенной микрофлоры и ее инфицирования этот показатель увеличивается. При достижении критического показателя pH нагреватель увеличивает температуру гидрогеля, что заставляет полимерные частицы высвобождать антибиотик, который попадает на поверхность раны. Датчик температур используется для отслеживания нагревания, учитывая разницы температур раны и здоровых кожных покровов вокруг раны.
По мнению ученых, подобное устройство способно помочь заживлению таких сложных кожных повреждений, которые не могут успешно регенерировать самостоятельно, а также избежать некроза тканей. Например, ранения кожных покровов у больных диабетом из-за плохой циркуляции крови в тканях заживают очень долго, локальный иммунитет при этом снижается, что приводит, как правило, к инфицированию раны. Сложно, также с сопутствующими инфекциями, заживают обширные ожоги, хронические раны и пролежни. Кроме того, как показали лабораторные тесты, электронный пластырь обладает способностью отслеживать изменения pH, вызванные присутствием золотистого стафилококка – очень распространенной и опасной инфекции.
Электронные пластыри – новое, пока еще достаточно дорогостоящее, но чрезвычайно комфортное устройство, позволяющее вести круглосуточное наблюдение за медицинскими показателями, делать это незаметно для пациента и окружающих, а также сократить объем работы медицинских сестер.
Например, в прошлом 2017 г. ученые из Великобритании провели испытания электронного пластыря, повышающего шансы спасти пациента с инсультом и вдвое, с 38% до 16%, снизившего показатели смертности при этом заболевании. Действующее вещество пластыря - тринитрат глицерина - расширяет сосуды и нормализует приток крови, помогая снизить вред для организма в первые минуты и часы после инсульта.
Уже существуют несколько прототипов электронных пластырей, которые очень нужны страдающим диабетом – пластыри измеряют уровень глюкозы в крови, контролируют ввод сахароснижающего препарата и измеряют скорость тока крови.
В США в прошлом году успешно прошли клинические испытания электронного пластыря, разработанного для лечения и профилактики вирусных заболеваний. Этот пластырь снабжен микроиглами, содержащими антигены вирусов. После наклеивания иглы безболезненно проникают в кожу и вводят препарат.
Пока еще электронные пластыри представляются чем-то весьма необычным, почти фантастическим, однако ученые считают, что уже в недалеком будущем они найдут повсеместное применение.