Антимикробный гидрогель с добавлением плазмы улучшит заживление хронических ран

Перспективный способ лечения хронических инфицированных ран — гидрогелевые повязки. Однако их клиническое применение ограничено трудностями изготовления и низкой механической прочностью гидрогелей, а также зависимостью от экзогенных антимикробных агентов. Это поднимает вопрос о создании простой технологии изготовления высокопрочных гелей, обеспечивающих антибактериальные свойства. Китайские ученые предложили возможное решение — они создали гидрогель, способный стимулировать пролиферацию клеток и обеспечивающий антибактериальный эффект без внесения антибиотиков.

Исследователи воспользовались ε-полилизином — природным антимикробным агентом. Однако они учли, что гидрогели, состоящие только из этой полиаминокислоты, обладают низкой прочностью, поэтому за основу взяли желатин-метакрилоил, который конъюгировали с ε-полилизином. В этот гидрогель вводили плазму, обогащенную тромбоцитами, чтобы привнести в гель факторы, способствующие регенерации.

Сначала ученые получили гель из желатин-метакрилоила и ε-полилизина, который охарактеризовали с помощью ИК-Фурье-спектроскопии. Они подтвердили, что ε-полилизин успешно конъюгировался с желатин-метакрилоиловой основой геля. Затем авторы работы ввели в раствор для получения геля плазму, обогащенную тромбоцитами, и также полимеризовали полученную смесь (в данной работе это достигалось при помощи УФ-облучения). Анализ полученного геля показал, что конъюгация ε-полилизина или добавление плазмы не влияет на процесс гелеобразования. Сканирующая электронная микроскопия выявила трехмерную пористую структуру геля, которая, как полагают авторы, должна способствовать росту тканей, адгезии клеток, их пролиферации и кислородному обмену.

Антимикробную активность гидрогеля авторы работы проверяли с помощью тестов на ингибирование роста бактерий, окрашиваний на живые/мертвые бактериальные клетки и сканирующей электронной микроскопии. Они выяснили, что желатин-метакрилоиловый гель сам по себе либо с добавлением плазмы, но без ε-полилизина, не проявлял антимикробного эффекта в отношении Escherichia coli и Staphylococcus aureus. В присутствии плазмы бактерии даже росли активнее. Добавление полилизина в гель с плазмой обеспечило 60±2% ингибирование роста E. coli и 58±4% ингибирование роста S. aureus. Для геля без плазмы эти показатели были несколько выше, что объясняется присутствием в плазме различных факторов, которые могли бы обеспечить питание бактерий. Это, отмечают авторы, косвенно подтверждает, что ε-полилизин не снижает биологическую активность белков и пептидов, а это важно для клинического применения гидрогеля.

Чтобы подтвердить способность гидрогеля способствовать росту клеток и тканей, исследователи культивировали в его присутствии эндотелиальные клетки пупочной вены человека. В качестве контроля использовали среду DMEM. Результаты анализа жизнеспособности показали, что гели без плазмы, хотя и не были цитотоксичными, не обладали способностью стимулировать пролиферацию клеток, а клетки, которые росли в присутствии гелей с плазмой, демонстрировали повышенную жизнеспособность.

Ученые также окрасили цитоскелет клеток и выяснили, что в присутствии гидрогеля клетки имели веретенообразную форму и растягивались лучше, чем контрольные. При этом количество клеток, культивированных с ε-полилизин-содержащим гелем с добавлением плазмы, значительно увеличивалось — гель поспособствовал их адгезии и размножению. Это позволило клеткам сформировать структурный каркас, облегчающий обмен питательными веществами и кислородом и сокращающий дистанцию между клетками. Эти факторы играют важнейшую роль в регуляции клеточных функций. Авторы отмечают, что полученный ими гидрогель способствует долгосрочной пролиферации и росту эндотелиальных клеток сосудов, и, следовательно, должен обеспечить эффективное заживление ран.

Электропроводящий гидрогель способствует регенерации поврежденных мышц