В 2008 году молодой ученый из Оренбургского государственного университета Рамиль Рахматуллин стал автором уникальной разработки: наноструктурированного биопластического материала для лечения поврежденной ожогами кожи человека.
«Умный» имплантат, или искусственная кожа
В последнее время на основе новых биотехнологических разработок интенсивно развивается тканевая и органная инженерия. Целью данного направления является создание органов и тканей на основе биоматериала. Особые свойства наноматериалов могут быть использованы для выращивания искусственных органов и тканей.
Биопластический материал гиаматрикс, или биокожа, — так называется уникальная разработка российского ученого, построенная на основе гиалуроновой кислоты — основного межклеточного компонента кожи. Этот компонент составляет матрикс кожи — именно он придает коже эластичный вид. По сути дела, это полимер, который образуется под действием света при определенных условиях, а если представить образно: специалисты «сшивают» отдельные линейные субъединицы гиалуроновой кислоты, сплетая структуру, похожую на пуховый платок. Оригинальность разработанного биоматериала заключается в том, что в данной технологии обходятся без дополнительных химических добавок.
Полученная биокожа применяется для лечения прежде всего ожоговых больных. Известно, что 25–30 % больных имеют ожоги, которые приводят к гибели кожного покрова, самостоятельное заживление таких ран длится крайне долго и протекает болезненно. Даже если глубокие ожоги занимают более 5–7 % поверхности тела, нередко исходами заболевания становятся ожоговое истощение, сепсис и гибель больного. В настоящее время главным методом лечения глубоких ожогов является оперативное восстановление утраченного кожного покрова, не менее 95 % всех оперативных вмешательств осуществляются путем свободной пересадки кожи. К сожалению, наиболее прогрессивный метод лечения — раннее удаление омертвевших тканей с одномоментной пересадкой тканевого трансплантата, берущегося из какой‑то части тела у этого же больного — доступен только для четверти больных, которые нуждаются в такой операции. Остальным больным пересаживают кожные покровы в поздние сроки — на уже заживающие ткани.
Гиаматрикс (биокожа) при нанесении на ожог или рану не только закрывает поврежденный участок, фактически прилипая к нему, но и помогает скорейшему заживлению, рассасываясь в ходе заживления раны. Этот материал хорошо впитывает воду и смачивается, поэтому хорошо прилипает к поверхности раны. Его структурное построение позволяет, претерпевая постепенное растворение, продолжительно находиться в ране. Биоматериал создает оптимальную внеклеточную микросреду для миграции и усиления клеточного роста. Формирование возрожденной кожи и самопроизвольное закрытие раны кожи или слизистых оболочек эпителием происходит под покровом пластического материала центростремительно по мере его замещения. Из-за того, что материал способен растворяться внутри раны, можно избегать болезненных для ожоговых больных перевязок. Таким свойством не обладает больше ни одна биокожа в мире.
С чего все началось
Изначально биокожа требовалась для пациентов с перфорацией — дырками в барабанной перепонке: после чеченской кампании было много молодых ребят с такими травмами от взрывов бомб и снарядов, и они были обречены на тугоухость. Эффективность традиционного лечения достаточно низкая — чуть больше половины больных проходят успешное хирургическое лечение. Для этого берут материал у самого больного — соединительно-тканную полоску височной мышцы, которую вживляют в ухо. Сделать мембрану для барабанной перепонки другим путем, исключив забор человеческих материалов и сократив время пребывания пациентов в больницах, — такие задачи Рамиль решал в рамках своей диссертации. И для этого он разрабатывал биоматериалы на основе высокомолекулярных компонентов кожи человека. Первый опытный образец был получен в 2004 году: то была пластинка для заживления перфорации барабанной перепонки и восстановления слуха у больных после травм. А вот на мысль о создании на основе полученной матрицы биокожи изобретателя навел случай, когда один из сотрудников обжегся, он взял да и положил на рану эту мембрану… Эффект был настолько очевиден, что с 2005 года началась целенаправленная работа над созданием именно биокожи. Тогда автор подал заявку в журнал «Эксперт» на конкурс русских инноваций и… попал в финал. Участие в конкурсах дало первый грант, на который было создано малое инновационное предприятие при университете. А вскоре появился и первый инвестор в Москве — Олег Поздняков, частное физическое лицо. Он поверил в полученный продукт, и развернулась большая работа. На тот момент европейские ученые делали подобные материалы на основе гиалуроновой кислоты, но с добавлением химических компонентов, специальных сшивающих агентов. Российский ученый задумал сделать аналог физическим способом, без химии. Задача была крайне амбициозна: однозначных методов «сшивания», чтобы сделать из гиалуроновой кислоты матрицу, на тот период не существовало.
Пять лет шли поисковые работы, проводились исследования — безрезультатно. Ученый уже подумывал закрывать проект, решив, что ресурс его возможностей исчерпан. Однако, как говорят в подобных ситуациях, помог господин случай. Рамиль рассказывает: «Как‑то в пятницу, в конце дня, я в сердцах бросил на стол реактив и аппарат с источником ультрафиолетового излучения: мы длину волн подбирали, чтобы вызвать так называемую точечную сварку, облучали материал лазером, чтобы эти молекулы сшить, но никак не получалось. Не стал ничего убирать, а аппарат выключить забыл, закрыл лабораторию, и все ушли. А в понедельник утром пришел на работу и увидел, что реакция пошла! Прототип биокожи получился! Аппарат перегрелся, лампочка, видимо, вышла из строя и он перешел в другой режим, на такой диапазон, который в науке не используется. И сработало: расширился диапазон волн обработки материалов, и мы попали в цель. Это как если бы самолету крылья развернули в другую сторону, а он полетел! Стали разбираться и определили искомую длину волны.
А представляете, пришла бы первой уборщица и все убрала… Меня заведующий отругал: я чуть не спалил лабораторию. Главный врач пригрозил: "Уволю, безобразия творишь". Но все недовольства нивелировались тем, что было найдено! Дальше была нужна доказательная база, для этого и понадобилась лаборатория Оренбургского государственного университета, где я смог провести исследование. Буквально за год сделал опытный образец».
В 2009 году гиаматрикс был удостоен национальной премии имени Зворыкина «Лучший инновационный продукт». Исключительное значение разработки состоит в том, что биокожа помогает при неизлечимых трофических язвах после травм любого происхождения — химических и термических ожогах, сахарном диабете. Первыми пациентами ученого оказались отказники — люди, которым до того не помогла ни пересадка кожи, ни аналоговые материалы.
Лечение с помощью гиаматрикса простое: пластинку биокожи укладывают на рану, тем самым закрывают ее от проникновения инфекции. Она прилипает и впитывает в себя раневой субстрат, и что очень важно, начинает работать как примитивная кожа — дышит, стимулирует рост клеток, микрососудов. Постепенно она замещается собственной кожей и рассасывается. Не надо делать никаких перевязок, у пациентов восстанавливается травмированная кожа, она не превращается ни во что иное, ничего лишнего не вырастает, опухолей не образуется.
Области применения
Искусственная биокожа гиаматрикс применяется при лечении ожогов, в том числе обширных, в хирургии при лечении больных с диабетической стопой, например, при язвенных поражениях стоп у больных сахарным диабетом, а также венозно-трофических язв при нарушении венозного кровотока. Эффективно используется биокожа и в отохирургии для устранения дефектов барабанной перепонки, а в косметологии для восстановления клеточных кожных слоев после процедур пилинга: ультразвукового, лазерного, химического. Этих пластин ждут конкретные потребители: по данным Минздрава, в России насчитывается ежегодно до 700 тысяч обожженных, к этому добавляются страдающие от венозно-трофических язв, их количество доходит до 100 тысяч. У автора и его коллег планы далеко идущие: на основе этой уникальной матрицы они планируют делать биоклеточные продукты, например, биозубы-импланты. Биоматрица, основой которой является биокожа, дает возможность быстрого роста в ней клеток без дополнительных дорогостоящих аппаратов. На нее наслаиваются стволовые клетки, а в Оренбурге существует банк этих клеток, добавляется вещество, которое вызывает их превращение в определенную ткань. Сейчас, например, развивается проект со специалистами из Екатеринбурга, которые на основе биокожи создали биороговицу глаза.
Сегодня биокожа выбралась из лаборатории в малое инновационное предприятие при государственном университете. В скором будущем, может статься, в аптеке можно будет купить такой биопластырь.
