Застывающий наноматериал для остановки кровотечений

Внутреннее кровотечение – это одна из основных причин смерти на поле боя.

Новый инъекционный наноматериал, разработанный группой ученых из Университета Техаса, Гарвардской школы медицины и Массачусетского технологического института, будет спасать жизни, предотвращая потерю крови при серьезных ранениях.

Новый материал с огромным потенциалом – биодеградируемая желатиновая масса.

Эта масса состоит из множества силикатных нанодисков, которые помогают крови сворачиваться. После инъекции наноматериал затыкает место повреждения и существенно уменьшает время формирования тромба – в некоторых случаях на целых 77%.

Исследователь Akhilesh Gaharwar, преподаватель биомедицинского инжиниринга в Университете Техаса, вместе со своими коллегами опубликовал результаты работы над материалом в журнале ACS Nano. Разработка финансировалась министерством обороны США.

Хотя наноматериал еще находится на раннем этапе испытаний, Gaharwar уже рассказал, что он будет поставляться в стерильных шприцах, которые солдаты смогут постоянно носить с собой. Если солдат получил серьезное ранение и кровь никак не удается остановить, то он или его товарищ должен быстро вскрыть шприц и ввести материал прямо в рану. Это должно дать раненому достаточно времени, чтобы дотянуть до госпиталя.



«Время, за которое солдата эвакуируют с поля боя до места оказания медицинской помощи, как правило, составляет от получаса до часа. И этот час критически важен: он решает, жить вам или умереть. Наша комбинация материалов подходит для инъекций, физиологически стабильная и способна ускорить остановку кровотечения в полевых условиях, в неотложных ситуациях», - говорит Gaharwar.

В отличие от некоторых инъекционных растворов, которые связаны с риском попадания в другие части тела и формирования нежелательных и потенциально опасных тромбов, новый наноматериал, созданный Gaharwar и его коллегами, затвердевает прямо в месте инъекции и начинает стимулировать коагуляцию только в нужной области. Более того, кровоостанавливающий материал действует без необходимости прикладывать давление – турникеты и подобные инструменты здесь не нужны.

«Большая часть проникающих ранений, которые сегодня являются в основном результатом взрывов, сопровождается разрывом кровеносных сосудов и внутренним кровотечением, при котором солдат может потерять большое количество крови. Вы не можете прикладывать давление в таких местах, поэтому нужно что-то другое, позволяющее быстро остановить кровотечение», - отмечают исследователи.



Для создания застывающего наноматериала ученым потребовалось модифицировать вещество, известное как гидрогель (hydrogel). Гидрогель представляет собой биодеградируемую субстанцию, используемую в самых разных областях современной медицины благодаря совместимости с тканями организма. Путем введения в гидрогель нанодисков команда смогла изменить механические свойства материала. Теперь его можно вводить в рану, после чего он быстро приобретает определенную форму и застывает. Таким образом, рана оказывается «запечатанной».

Применение двухмерных наноматериалов – это, по словам ученых, новое направление в биомедицинском инжиниринге. Эти материалы ультратонкие, но имеют огромную площадь поверхности. Толщина их всего пару нанометров. К примеру, обыкновенный лист бумаги имеет толщину порядка 100 000 нанометров, а нанодиски в новом материале могут быть толщиной всего 1 нм.

Gaharwar и его коллеги остановили свой выбор на ультратонких нанодисках по той причине, что они имеют значительную площадь и способны нести отрицательный и положительный заряд на каждой стороне. Эти заряды обуславливают взаимодействие нанодисков с гидрогелем особым образом. Это взаимодействие приводит к изменению вязкости материала при приложении механической силы – например, когда гель выдавливают из шприца. После введения в рану гель сразу застывает и запечатывает ее.

Кроме того, эти нанодиски взаимодействуют непосредственно с кровью, стимулируя образование тромба. Gaharwar говорит, что на животных моделях было продемонстрировано уменьшение времени тромбообразования в 5 раз при использовании нового геля – с пяти минут до одной. Опыты на животных также продемонстрировали существенное увеличение выживаемости при кровотечениях.

«Эти двухмерные силикатные наночастицы – беспрецедентное достижение в биомедицинской области. Их использование позволит нам прийти к концептуальным улучшениям в военной медицине, тканевом инжиниринге, доставке лекарств, онкологии и иммунологии», - пишут ученые.

Вдохновленные своими результатами, американские ученые планируют улучшить биоматериал, чтобы он мог сам инициировать регенерацию поврежденных тканей с формированием новых кровеносных сосудов. Это позволило бы создать универсальное средство для лечения ран – оно и кровь останавливает, и способствует природному процессу заживления.

В исследовательскую команду, которая работала над застывающим наноматериалом, входили также профессор медицины Ali Khademhosseini из Женской больницы Бригхэма и преподаватель химического инжиниринга Bradley Olsen из Массачусетского технологического института.