Используя струю холодной плазмы для активации гидрогеля, исследователи создали повязку с антибактериальными и ранозаживляющими свойствами. Эту технологию можно использовать в качестве альтернативы нынешним методам лечения хронических ран, таких как язвы диабетической стопы, в которых используются антибиотики.
Растущее число диабетиков во всем мире означает, что будет больше людей, у которых в течение жизни возникнут язвы стопы. У 60% диабетиков эти язвы инфицируются, а из-за плохого заживления ран, связанных с этим заболеванием, язвы часто становятся хроническими.
Лечение хронических ран направлено на контроль инфекции и стимулирование заживления, но оно ограничено. В настоящее время эталоном являются повязки, пропитанные антимикробным серебром или антибиотиками, которые могут стать менее эффективными из-за устойчивости к антибиотикам и потенциальной токсичности серебра. Исследователи из Университета Южной Австралии (Uni SA) исследовали новую технологию для контроля инфекции и стимулирования заживления: гидрогель, активируемый ионизированным газом холодной плазмы.
«Антибиотики и серебряные повязки обычно используются для лечения хронических заболеваний. раны, но у обоих есть недостатки», — сказал Эндре Сили, автор исследования. «Рост устойчивости к антибиотикам является глобальной проблемой, и существуют также серьезные опасения по поводу токсичности, вызванной серебром. По этой причине в Европе постепенно отказываются от серебряных повязок».
Предыдущие исследования продемонстрировали преимущества использования ионизированного газа холодной плазмы для заживления ран, а именно снижение бактериальной нагрузки и выработку активных форм кислорода и азота (RONS) путем активации молекул кислорода и азота в окружающем воздухе. До сих пор гидрогель перед нанесением на рану загружали генерируемыми плазмой RONS, но эта процедура не идеальна.
«Несмотря на недавние обнадеживающие результаты в использовании плазменно-активируемой гидрогелевой терапии (PAHT), мы столкнулись с проблемой загрузки гидрогелей достаточными концентрациями RONS, необходимыми для клинического использования», — сказал Сили. «Мы преодолели это препятствие, применив новый электрохимический метод, который усиливает активацию гидрогеля».
Исследователи создали свой гидрогель с использованием поливинилового спирта (ПВА) из-за его широкого одобрения регулирующими органами для использования в здравоохранении, а также его превосходных механических и биосовместимых свойств. Гидрогель ПВС обрабатывали струей гелиевой плазмы для его активации и генерации RONS. Было установлено, что 8%-ный гидрогель ПВС является оптимальным в качестве повязки PAHT, поскольку он может легко активироваться генерирующими плазму RONS, сохраняя при этом структурную целостность, прилегаемость и способность к набуханию.
Расположение гидрогеля над повязкой алюминиевую пластину, чтобы плазменный шлейф оставался в контакте с ней во время обработки, исследователи сравнили два метода, чтобы увидеть, можно ли электрохимически увеличить производство RONS: либо гидрогель поддерживался в «плавающем потенциале», отсоединяя алюминиевую пластину от заземленного провода, либо оно было «заземлено».
Фотографии плазменная струя во время лечения с использованием а) «плавающего потенциала» и б) «заземленной» конфигурации. Sabrin et al. <р>Обработанные плазмой гидрогели инкубировали в течение трех часов для изучения высвобождения перекиси водорода (H2O2) и закиси азота (NO2-), которые использовались в качестве маркеров общего количества активных форм кислорода (АФК) и активных форм азота (РНС) соответственно. Исследователи обнаружили, что заземление гидрогеля во время плазменной обработки значительно увеличивает выработку H2O2, а выработка H2O2 еще больше увеличивается за счет гидратации геля во время обработки. Кроме того, влажность на границе раздела плазменная струя-гидрогель тесно коррелировала с увеличением производства H2O2. Что касается NO2-, то увеличение выработки заземления за счет влажности и гидратации имело незначительный эффект.
В ходе экспериментов in vitro гидрогель оказался очень эффективным в контроле роста E. coli и P. aeruginosa, две бактерии, часто встречающиеся при язвах диабетической стопы. Хотя исследование было сосредоточено на диабетических ранах, исследователи утверждают, что эту технологию можно использовать для лечения всех хронических ран и внутренних инфекций.
«Основное преимущество нашей технологии PAHT заключается в том, что ее можно использовать для лечения любых ран», — сказал Сили. «Это экологически безопасное лечение, в котором для производства активных ингредиентов используются натуральные компоненты воздуха и воды, которые разлагаются до нетоксичных и биосовместимых компонентов».
Следующим шагом является переход к клиническим испытаниям для оптимизировать электрохимическую технологию лечения больных людей. В будущем исследователи рассмотрят возможность использования этой технологии для лечения раковых опухолей путем активации лекарств, содержащихся в гидрогелях, вводимых в организм.
«Активные ингредиенты можно будет доставлять в течение длительного периода, улучшая лечение, с больше шансов проникнуть в опухоль», — сказал Сили. «Плазма обладает огромным потенциалом в медицинском мире, и это только верхушка айсберга».
Исследование было опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
В этом видео объясняется, как работает гидрогель, обработанный плазмой.
Гигантский шаг вперед в лечении хронических ран, от которых страдают миллионы людей
