Российские ученые разработали новый способ лечения глубоких ран, ожогов и обморожений. В основе технологии — использование стволовых клеток, собранных в сфероиды. Эта структура увеличивает выживаемость клеток и повышает их эффективность. Испытания показали, что в такой форме они высвобождают в три раза больше факторов роста и питательных веществ, которые способствуют заживлению раны. Технология будет востребована в условиях Крайнего Севера, где травмы заживают сложнее и болезненнее из-за особенностей климата.
Почему раны сложнее заживают на холоде
Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) разработали инновационный способ лечения сложных и глубоких ран в условиях Крайнего Севера. К таким травмам относятся тепловые и химические ожоги, обморожения и рвано-ушибленные повреждения кожных покровов.
По словам специалистов, Арктика занимает пятую часть нашей страны. Эти территории перспективны для разработки природных богатств, но суровый климат значительно ограничивает возможности людей. Внедрение медицинских технологий, которые помогают решить возникшие медико-биологические проблемы, — залог успешного освоения этих регионов.
— Низкие температуры и разряженный воздух приводят к недостатку кислорода в тканях. Вместе с тем замедляется кровоснабжение, уменьшается приток тепла и доставка питательных веществ к клеткам. В результате травмы заживают сложнее и болезненнее, а после лечения остаются рубцы и шрамы, возникает риск перехода раны в хроническую — так «Известиям» описала проблему один из авторов разработки, аспирант МФТИ Марина Волкова.
В качестве основы для терапии ученые предложили мезенхимальные стволовые клетки. Это «кирпичики» человеческого организма, которые обладают способностью делиться и развиваться в другие типы клеток. Например, кожного покрова, мускулатуры, хрящей, связок и других тканей. Также они выделяют факторы роста и питательные вещества, которые способствуют ускоренному восстановлению поврежденных тканей.
Как отмечают ученые, подобные технологии развиваются во всем мире, однако новаторство представленной разработки — в способе «сбора» стволовых клеток. Их выращивают в виде сфероидов — клеточных комплексов в виде сферы размером от 100 до 200 нанометров. Такая форма позволяет клеткам развиваться в среде привычных им взаимосвязей, что повышает их выживаемость после введения в организм. Поэтому сфероиды показывают большую эффективность по сравнению с единичными клетками.
— В сердцевине раны образуется зона некроза с погибшими тканями. Но по периферии остаются ткани, которые еще можно сохранить. В первые сутки после получения травмы мы вводим по периметру повреждения стволовые клетки, которые начинают вырабатывать факторы роста и запускают обратные механизмы — снижают воспаление и ускоряют восстановление, — объяснила Марина Волкова.
По ее словам, во время испытаний на лабораторных животных было показано, что клетки, упакованные в объемные структуры, высвобождают в три раза больше биологически активных веществ, что помогает тканям быстрее заживать. При этом уменьшается вероятность образования шрамов.
Вместе с тем, как отметила специалист, при культивировании в сфероидах клетки испытывают некоторый дефицит кислорода. Это сближает подобные комплексы с тканями в организмах людей.
Как лечить раны стволовыми клетками
По мнению ученых, оказание помощи в условиях Арктики может быть выстроено на основе банков клеточных материалов с культурами стволовых клеток, которые оборудуют при больницах и клинических центрах. При поступлении пациента с тяжелыми травмами специалисты — клеточные биологи — произведут подготовку продукта и направят его лечащему врачу.
В целом, как рассказала Марина Волкова, на подготовку клеток может уйти до двух суток. Это то время, которое потребуется врачам для первоначального наблюдения за раной и выбора метода терапии.
Еще одним ноу-хау разработчиков стало использование при выращивании клеточных культур аскорбиновой кислоты — важного компонента при формировании внеклеточного матрикса — вещества, которое соединяет клетки друг с другом. Это делает сфероиды более устойчивыми и увеличивает их полезный эффект.
В дальнейшем, по словам ученых, будут проведены исследования для создания поиска других тканеинженерных конструкций для «упаковки» жизнеспособных стволовых клеток. В том числе сейчас прорабатывается технология их организации в виде пластов, в которых группы клеток с различными свойствами разделены послойно.
— Примечательно, что в своих исследованиях ученые имитировали условия Севера. При этом они показали, что в зависимости от типа поражения можно использовать стволовые клетки, культивированные при разных режимах. Такая тонкая настройка поможет сделать терапию ран более эффективной, — рассказала «Известиям» старший научный сотрудник Лаборатории физиологии кроветворения ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр гематологии» Минздрава РФ Ирина Шипунова.
По ее словам, у человеческого организма огромные способности к регенерации. Зачастую, чтобы он сам справился с повреждениями, нужно просто предоставить необходимые время и ресурсы. Как раз в этом способны помочь стволовые клетки. Они обеспечат восстанавливающиеся ткани необходимыми факторами роста и питательными веществами до полного заживления раны.
В настоящее время исследователи находятся на первой стадии работы, отметила эксперт. Впереди длинный путь доработок, испытаний и в конечном итоге внедрение нового способа в медицинскую практику. На это потребуется много усилий и средств.
— Применение донорских стволовых клеток для лечения ожоговых ран — это приоритет российской науки. Впервые в мире такой опыт описал Мансур Расулов. Это произошло в 2004 году. С тех пор все и отечественные, и иностранные публикации ссылаются на эту работу, — сообщил руководитель отдела термических поражений Санкт-Петербургского НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе Евгений Зиновьев.
Тем не менее, по словам ученого, использование подобных технологий в России имеет ограничения. До сих пор их применение регулировалось Федеральным законом № 180 «О биомедицинских клеточных продуктах», принятым в 2016 году. Однако с 2024-го ему на смену пришел новый нормативный акт, который относит некоторые биомедицинские продукты к лекарственным препаратам.
В своих разработках исследователям очень важно согласовываться с законодательством, потому что это впоследствии даст возможность регулировать юридические риски и для ученых, и для врачей, и для пациентов, считает Евгений Зиновьев.