Биологически активная накостная повязка ускорила заживление переломов

Костная повязка задерживает аденозин в месте перелома и ускоряет процесс его заживления.

Костная повязка задерживает аденозин в месте перелома и ускоряет процесс его заживления.
Иллюстрация Duke University/Перевод "Вести.Наука".

Восстановление кости при наложении повязки, захватывающей собственный аденозин животного (вверху) и предварительно пропитанной аденозином (средний ряд). Внизу показаны результаты контрольной группы.

Восстановление кости при наложении повязки, захватывающей собственный аденозин животного (вверху) и предварительно пропитанной аденозином (средний ряд). Внизу показаны результаты контрольной группы.
Иллюстрация Duke University.

Костная повязка задерживает аденозин в месте перелома и ускоряет процесс его заживления.
Восстановление кости при наложении повязки, захватывающей собственный аденозин животного (вверху) и предварительно пропитанной аденозином (средний ряд). Внизу показаны результаты контрольной группы.

Эффективный альтернативный способ быстрого заживления костных травм продемонстрировали биоинженеры из Университета Дьюка, работающие под руководством Шини Варгезе (Shyni Varghese).

Автор научной работы, материаловед и биомедицинский инженер Варгезе исследует процессы восстановления костной ткани много лет.

В 2014 году Варгезе вместе с сотрудниками своей лаборатории изучали влияние фосфата кальция на регенерацию кости. В ходе работы учёные обнаружили, что особенно важную роль в этом процессе играет совсем другое вещество – аденозин.

Позже американские специалисты не раз исследовали роль данной молекулы, отвечающей, к слову, за передачу энергии и биохимических сигналов. Об одной из их работ "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали несколько лет назад.

Проделанные эксперименты помогли экспертам выяснить, что молекулы аденозина естественным образом привлекаются к месту травмы и способствуют заживлению кости. Однако локальная концентрация целительного вещества очень быстро снижается из-за естественных обменных процессов организма.

И тогда у исследователей родилась идея каким-либо образом сохранить высокий уровень аденозина непосредственно в месте повреждения и тем самым ускорить заживление травмы.

"Аденозин в небольших концентрациях повсеместно распространён в организме и выполняет массу важных функций, которые не имеют никакого отношения к восстановлению кости. Чтобы избежать нежелательных побочных эффектов, мы искали способ сохранить достаточное количество аденозина только вокруг повреждённой ткани", – поясняет Варгезе в пресс-релизе университета.

Именно решению этой задачи и было посвящено новое научное исследование. Учёные разработали своего рода повязку из особого биоматериала. Он содержит молекулы бората, способные улавливать аденозин. Материал наносится непосредственно на сломанную кость.

Важно, что химические связи между боратами и аденозином достаточно прочны, чтобы лечебное вещество высвобождалось из материала постепенно, не накапливаясь в организме в опасно высоких концентрациях, подчёркивают разработчики.

На первом этапе своей работы американские биомедицинские инженеры продемонстрировали in vitro (то есть в пробирке), что пористые биоматериалы, содержащие бораты, способны удерживать высокую концентрацию аденозина в месте травмы кости.

Далее, чтобы проверить применимость подобного подхода в живом организме, исследователи наложили биологически активный материал на места перелома конечностей у лабораторных мышей.

Причём часть повязок была предварительно пропитана аденозином, а ещё часть была призвана "захватить" собственные заживляющие молекулы, вырабатывающиеся в ответ на перелом.

Уже спустя неделю после начатого лечения мыши с повязками обоих типов продемонстрировали более высокие темпы заживления травм по сравнению с контрольной группой, в которой подобные повязки не применялись.

Через три недели у всех грызунов наблюдалось отчётливое заживление перелома. Однако у животных, носящих аденозиновый бандаж, кость формировалась быстрее и в большем объёме, а место травмы лучше снабжалось кровью.

Восстановление кости при наложении повязки, захватывающей собственный аденозин животного (вверху) и предварительно пропитанной аденозином (средний ряд). Внизу показаны результаты контрольной группы.

Таким образом, результаты эксперимента показали, что биоактивные повязки способствуют заживлению переломов, независимо от того удерживают ли они естественно вырабатывающийся в организме аденозин или же пропитаны им предварительно перед нанесением на кость.

Этот факт, к слову, имеет важнейшее значение при лечении повреждений костей, связанных со старением и остеопорозом, когда собственный аденозин вырабатывается в организме в недостаточном количестве.

В настоящее время исследователи ищут возможность создания перманентной аденозиновой накладки для людей, страдающих остеопорозом и имеющих склонность к повторным переломам костей.

Такой материал для постоянного ношения нужно будет всего лишь время от времени "заряжать" молекулами аденозина, которые предотвратят повреждения опорно-двигательного аппарата, поясняют специалисты.

Группа Варгезе работает также над созданием полностью рассасывающихся костных повязок, которые не потребуют дополнительных вмешательств для их удаления.

Добавим, что в травматологии и ортопедии есть ещё одна проблема. Ношение постоянных имплантатов и пластин после реконструктивных операций часто приводит к износу костной ткани в области крепления вспомогательных конструкций.

Учёные планируют создать особый гель, работающий по принципу "аденозиновых ловушек". Его нанесение во время хирургического вмешательства помогло бы предотвратить локальное повреждение костей, полагают биоинженеры.

Результаты многообещающего эксперимента американских исследователей опубликованы в специализированном издании Advanced Materials.

Напомним, что авторы "Вести.Наука" ранее рассказывали о быстром способе заживления переломов с помощью стволовых клеток, а также о том, как ускорить этот процесс способны ультразвук и генная терапия.