И след простыл: российские учёные разработали метод заживления ран без рубцов

Над созданием технологии трудились учёные НИУ «МИЭТ» и ПМГМУ им. И.М. Сеченова. Ключевой элемент разработки — биополимерный состав на основе альбумина, который под воздействием лазерного излучения превращается в прочный восстановительный материал. Применять новый метод планируют не только на коже, но и на других тканях и органах.

Месть страшна

Днём третьего июня 1968 года девушка по имени Валери Соланас вошла в арт-галерею «Фабрика». В узких кругах Валери была известна как писательница, драматург и радикальная феминистка. В тот день в здании «Фабрики» она искала мужчину, владельца галереи. Чтобы убить его.

Владельцем «Фабрики» был художник Энди Уорхол. Впервые их с Соланас дороги пересеклись тремя годами ранее. Писательница принесла Уорхолу свою пьесу в надежде, что тот станет её продюсером. Энди привлекла дерзость Валери. И он пообещал заняться пьесой. Однако вскоре интерес Уорхола угас — слишком уж агрессивной оказалась Соланас. Обиженная девушка решила отомстить.

Энди Уорхол получил три пули в живот. Валери не стала скрываться. Сразу после произошедшего она выбежала на улицу, отдала пистолет первому встречному полицейскому и сказала: «Я убила Энди Уорхола». Но Уорхол выжил. В больницу его доставили в состоянии клинической смерти. Врачу пришлось вскрыть грудную клетку художника и сделать ему прямой массаж сердца. Оба лёгких и другие внутренние органы Энди были серьёзно повреждены. Ему перелили больше четырёх литров донорской крови, которая тут же вытекала из пострадавших органов. Хирург Джузеппе Росси назвал эту операцию одной из самых сложных в своей практике.

До конца жизни Энди Уорхол носил на своём теле не только специальный бандаж, поддерживающий органы, но и огромные, глубокие шрамы. Избавиться от них полностью тогда не позволяли ни технологии, ни здоровье Энди.

Фибробласт и его команда

Восстановление тканей после операций или травм практически невозможно без образования рубца. Хотя бы один шрам от глубокого пореза, согласно статистике, есть у 56% людей. Кроме того, каждый год в мире регистрируется около 200 млн операций, после которых только в США рубцами обзаводятся более 170 тысяч человек.
Образование рубца начинается с реакция воспаления. Оно привлекает к месту раны фибробласты — клетки, которые вырабатывают коллаген, основной компонент соединительных тканей. Благодаря выработке коллагена постепенно формируется красный, отёчный, молодой рубец, который слегка возвышается над кожей. По прошествии нескольких дней или недель излишки коллагена рассасываются и красный рубец бледнеет, становится плоским.
Иногда процесс заживления может нарушиться. Причин много: особенности иммунитета, инфекция, натяжение кожи, неправильное сопоставление краёв раны и т.д. В этом случае может сформироваться впалый или наоборот чересчур выпуклый, а иногда и келлоидный рубец — опухолевидный шрам ярко-красного цвета, значительно возвышающийся над поверхностью кожи. Такие рубцы могут полностью изменить жизнь человека, наполнить её комплексами и ограничить физические возможности.


Волос, кожа и кишка

Способность кожи и других органов и тканей к восстановлению всегда была предметом интереса учёных. Изучать её начали с момента зарождения медицины, в VIII-V веках до н.э. Но только в ХVIII веке н.э. учёные начали задаваться вопросами закономерностей восстановления тканей и происхождения восстановительного материала у людей и животных. А в 1712 году французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр ввёл термин «регенерация», что в переводе с латинского звучит как «вновь производить, возрождать».

Изучение процессов регенерации позволило постепенно усовершенствовать хирургические методы лечения. Произошла эволюция шовных материалов, способов их очищения и методов обработки ран. Например, в разное время вплоть до XIX века в качестве шовных материалов использовались конский и человеческий волос, растительные волокна, хлопок, лоскуты кожи и сухожилия животных. Процент успешных операций при использовании этих материалов был невысок — на тот момент учёные полагали, что причина в воздухе, который попадает в оставшиеся после зашивания раны отверстия. Кроме того, натуральные нити вызывали ещё большее воспаление раны. А если пациент и оставался в живых, рана затягивалась очень долго, оставляя после себя безобразный рубец.

Увеличить процент успешных операций удалось в XIX веке, когда английский хирург Джозеф Листер описал метод применения саморассасывающихся кетгутовых нитей и их стерилизации с помощью карболовой кислоты. Кетгут получали из подслизистого слоя кишечника крупного рогатого скота. Описан он был еще Галеном в 175 году до н. э. Но широкую популярность приобрел именно благодаря Листеру. Учёный также доказал, что причина высокой смертности после операций — микробы, которые попадают в рану вместе с шовными материалами, и призвал хирургов соблюдать антисептические мероприятия.

Зашить или заклеить?

В 20-х годах XX века был открыт первый синтетический, искусственно полученный, хирургический материал — нейлон. Усовершенствовали и иглы. Если раньше хирургам были доступны только травматичные железные или медные иглы с большим ушком, то позже появились атравматичные очень тонкие иглы из нержавеющей стали - в них нить закрепляется в слегка расщепленном конце иглы и становится как бы её продолжением.

В наши дни соединить ткани можно даже бесшовно. Например с помощью тканевого клея (октил-2-цианоакрилат). Он работает по тому же принципу, что и обычный канцелярский клей, то есть склеивает края ткани между собой, обеспечивая их быстрое срастание. К сожалению, даже этот метод не гарантирует отсутствие шрама. К тому же, он может применяться только для тех ран, края которых находятся близко друг к другу. Клей также противопоказан при наличии инфекции или кровотечения, а применять его можно только для заживления наружных ран.


Как будто ничего и не было!

Избавить человечество от шрамов решили учёные из Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники» (НИУ «МИЭТ») совместно с учёными из Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова (ПМГМУ им. И.М. Сеченова). Для бесследного заживления ран они разработали новый биополимерный состав на основе альбумина и специальный лазерный аппарат. Работать они будут в тандеме: состав — в качестве припоя (материала для скрепления краёв раны), а лазер — в качестве паяльника (прибора, под воздействием которого припой начинает работать).

Биополимером называется высокомолекулярное соединение, встречающиеся в природе в естественном виде. Главный компонент разработанного российскими учёными биополимерного состава — бычий альбумин. Это белок, который входит в состав крови, в том числе человеческой. Он производится в печени и составляет около 55% от всех белков, содержащихся в плазме, жидкости, крови. Главная ценность альбумина в его функциях: он обеспечивает целостность сосудистого барьера, а также связывает и переносит по организму гормоны, витамины, лекарства, ионы кальция и магния.

Использовать альбумин в своей разработке учёные решили потому, что он также улучшает сцепление между тканями, повышая прочность швов. Кроме того, он термически стабилен, а значит не разрушится при длительном воздействии лазерных лучей. А благодаря своим связывающим свойствам альбумин может уменьшать воспаление и тромбообразование в области спаек, что особенно важно при спаивании сосудов.

Кроме альбумина, в составе присутствуют раствор индоцианина зелёного и одностенные углеродные нанотрубки. Индоцианин зелёный — это краситель, который поглощает световые волны только определенной длины. В данном случае он улавливает только лазерные волны длиной около 800 нм, которые и испускает спроектированная российскими учёными установка. То есть молекулы красителя как бы привлекают к себе излучение и тормозят его, концентрируя только в области нанесения припоя и помогая тем самым избежать воздействия лазера на здоровые ткани. Оптический поглотитель (индоцианин зеленый) — это вещество. А одностенные углеродные нанотрубки — это микроскопический строительный материал из графена. Представить его можно как пустые внутри цилиндры, диаметр которых колеблется от десятых до нескольких десятков нанометров, а длина — от одного микрометра до нескольких сантиметров. Их учёные добавили в состав припоя для того, чтобы приблизить прочность шва, сделанного по новой технологии, к традиционному шву, который сформирован с помощью шовных материалов.

Работает этот состав только под действием лазера — устройства, которое преобразует электрическую, тепловую и другие виды энергии в узконаправленное излучение, очень плотный и сильный пучок света. Классический представитель лазера выглядит как трубка с электрической обмоткой на внутренних стенках. Внутри неё находится твёрдый кристалл. На обоих концах трубки расположены зеркала: одно — полностью прозрачно, другое — только наполовину. Под воздействием электрического тока, который проходит по обмотке, кристалл начинает вырабатывать световые волны. Они в свою очередь перемещаются от одного зеркала к другому, набирая интенсивность. Лазерным лучом становится тот пучок света, который набрал достаточно энергии для прохождения через частично непрозрачное зеркало.

Лазер, который разработали учёные НИУ «МИЭТ» и ПМГМУ им. И.М. Сеченова, состоит не только из самой лазерной установки, но и из температурного модуля — оптического датчика, который измеряет и поддерживает температуру шва, а также модуля управления, с помощью которого устанавливаются необходимые для спаивания параметры. Лазерный свет транспортируется к зоне шва по оптоволокну — нитям из прозрачного материала, которые переносят свет внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Диаметр лазерного луча на выходе — всего 2 мм.

Формируется шов так: на края раны наносится жидкий биополимерный состав на основе альбумина, затем края раны сдвигаются и удерживаются специальными щипцами, после чего происходит обработка, нагревание шва лазерным лучом. Длительность воздействия лазером определяется заранее и задается с помощью модуля управления и его программного обеспечения. Под действием луча состав становится более плотным и благодаря нанотрубкам превращается как бы в каркас. Он прикрепляется к краям раны и склеивает их между собой. Всё это время температурный модуль измеряет температуру шва и окружающих его тканей и подаёт сигналы о её соответствии или несоответствии норме.

Лабораторные исследования нового метода показали, что сразу после операции лазерные швы в 3-4 раза уже, чем традиционные. Спустя 10 дней после операции ткани в области шва практически неотличимы от других здоровых тканей, воспаление поврежденной области минимально, а фибробласты, которые производят слишком много коллагена и образуют рубец, отсутствуют. После заживления раны биополимер постепенно растворяется и выводится из организма. Метод уже опробован на слизистых тканях в челюстно-лицевой хирургии, на хрящевой ткани в ортопедии и на кровеносных сосудах.

Поскольку новая технология позволяет снизить длительность послеоперационной реабилитации, стоимость медицинских услуг в этом случае также будет значительно ниже, чем обычно. Учёные полагают, что эта технология будет особенно полезна для восстановления тонких соединительных тканей в офтальмологии, урологии и гинекологии.