Наночастицы церия в полимерной оболочке ускорят заживление и предотвратят инфицирование открытых ран

Ученые синтезировали наночастицы из диоксида церия, покрытые полимерной оболочкой. Эксперименты показали, что такие частицы стимулируют деление клеток кожи и при этом подавляют скорость размножения бактерий, вызывающих заражение ран. Благодаря этим эффектам разработку потенциально можно будет использовать для помощи пациентам с открытыми острыми и хроническими ранами и другими поражениями кожи. Результаты исследования, поддержанного междисциплинарным грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Molecules.

Травмы, в том числе раны, — наиболее распространенные по частоте и тяжести состояния, требующие медицинской помощи. Острое повреждение кожи в быту — ситуация рутинная, но хронические язвы у пациентов с сахарным диабетом, тканевой артериальной ишемией, варикозной болезнью и другими заболеваниями становятся серьезной проблемой для врачей. Кроме того, особое место сегодня в мире занимают огнестрельные ранения, количество которых продолжает пропорционально увеличиваться как в гражданском обществе, так и в зонах военных конфликтов. При таких повреждениях кожи часто наблюдается заражение широким спектром микроорганизмов, которые могут замедлить заживление раны, привести к нагноению и даже заражению крови. Проблема усугубляется ростом устойчивости бактерий к современным антибиотикам. Быстрые мутации микроорганизмов, опережающие скорость разработки новых антимикробных лекарственных средств, медленно, но верно обеспечивают переход этой проблемы из разряда вопросов, требующих разрешения, в состояние, близкое к катастрофе. Поэтому ученые стремятся разработать новые средства, которые можно использовать для заживления ран и борьбы с инфекциями.

Междисциплинарный коллектив ученых синтезировал наночастицы диоксида церия, покрытые оболочкой из биосовместимого природного полисахарида декстрана.

В более ранних работах авторы определили механизм антимикробного, анти- и прооксидантного действия наноцерия. Результаты этих исследований были опубликованы в журналах International Journal of Molecular Sciences, Nanomaterials и Journal of Molecular Liquids. Так, ученые показали что в нормальных (физиологических) условиях наноматериалы на основе церия проявляют антиоксидантные свойства, а при закислении среды, которое неизбежно происходит при росте и размножении бактерий, особенно кишечной палочки, антиоксидантные свойства сменяются обратным процессом — прооксидацией. В результате этого микробы перестают размножаться и гибнут. Поэтому разработка поможет бороться даже с микроорганизмами, устойчивыми к большинству современных антибиотиков.

В новой работе исследователи решили нанести на наночастицы оксида церия полимерную оболочку, необходимую для того, чтобы частицы не слипались между собой, поскольку, если они образуют большие агрегаты, их биологическая активность падает.

Свойства нанокомпозитов авторы исследовали сначала на клеточных линиях, участвующих в восстановлении тканей кожи после повреждения. Оказалось, что все образцы ускоряют метаболизм и скорость деления таких клеток в 1,4–2,5 раза, при этом максимальный эффект наблюдался при использовании наночастиц, в которых полимера было в два раза больше, чем церия. Затем ученые проверили способность наночастиц подавлять рост бактерий кишечной палочки (Escherichia coli) — одного из основных возбудителей инфекций ран. Эксперимент показал, что наночастицы в 2,4–3,2 раза подавляли рост и размножение микроорганизмов. Совместно оценивая влияние наночастиц на человеческие и бактериальные клетки, авторам удалось определить оптимальное соотношение церия и полимера для создания наиболее эффективного нанокомпозита и использования его в медицинской практике.

«Основная цель нашей работы — не только наука, но и создание высокоэффективных регенеративных продуктов с антимикробным эффектом нового типа. Ранее, например, мы получили наночастицы с антибактериальными свойствами, покрытые оболочкой из лимонной кислоты, теперь — из декстрана. Эту линейку полимерных покрытий можно и нужно продолжать, но главное — это то, что удалось разработать технологию получения наночастиц с заранее заданными техническими характеристиками. Исследуя физико-химические характеристики и медико-биологическую эффективность совершенно различных нанокомпозитов, мы стремимся найти лучшие для дальнейшего производства в масштабах не лаборатории, а страны. Сейчас мы продолжаем исследование и тестируем наночастицы на основе диоксида церия на лабораторных животных», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Екатерина Силина, доктор медицинских наук, профессор Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова.

В состав коллектива вошли сотрудники из Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова (Москва), Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова (Москва), Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН (Москва), Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН (Москва), Курского государственного медицинского университета (Курск), Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино), Юго-Западного государственного университета (Курск) и Института общей генетики имени Н.И. Вавилова РАН (Москва).