Нанокомпозит с лимонной кислотой ускорил восстановление тканей в ранах у животных
Нанокомпозит из фосфата церия и лимонной кислоты показал способность стимулировать восстановительные процессы в коже и оказался безопасным при длительном нанесении на раны у животных. В наиболее перспективном варианте нанокристаллы имели размеры примерно 5 × 20 нанометров, а в заживающей ткани признаки перестройки рубца появлялись раньше, чем в контрольной группе.
Материал разработал коллектив с участием Сеченовского университета, Пироговского университета, Курского государственного медицинского университета, Ярославского государственного университета и НИТУ МИСИС. Исследователи создавали наночастицы ортофосфата церия и стабилизировали их цитратом — производным лимонной кислоты. Всего получили четыре варианта материала с разным соотношением исходных компонентов.
Лимонная кислота в этой системе нужна не просто как привычная пищевая добавка E330. Её молекулы связываются с ионами церия и помогают контролировать формирование и размеры нанокристаллов. Это важно для медицинских наноматериалов: частицы должны сохранять достаточно стабильные размеры и свойства, иначе их биологическое действие может меняться от образца к образцу.
Полученные нанокомпозиты представляли собой частицы фосфата церия шириной примерно от 3 до 10 нанометров и длиной от 15 до 40 нанометров. Исследователи проверили несколько соотношений церия и лимонной кислоты и обнаружили, что изменение состава заметно влияет на биологические свойства материала. Три варианта проявляли антиоксидантную активность, причём у составов с меньшей долей лимонной кислоты она превосходила активность аскорбиновой кислоты в использованной экспериментальной системе. Напротив, образец с самым высоким содержанием лимонной кислоты проявлял прооксидантные свойства.
Антиоксидантный эффект представляет интерес для лечения повреждений кожи, поскольку избыток активных форм кислорода способен поддерживать воспаление и мешать нормальному восстановлению тканей. Дополнительные эксперименты на культурах клеток показали биосовместимость материала и его способность стимулировать метаболическую активность и размножение человеческих фибробластов — клеток соединительной ткани, участвующих в восстановлении повреждённой кожи.
Наиболее перспективным оказался состав Ce:0.5CA, в котором исходное массовое соотношение нитрата церия и лимонной кислоты составляло 1:0,5. Его безопасность дополнительно проверили на мышах и крысах. Однократное введение животным внутрь в дозах до 50 мл на килограмм массы тела и нанесение на неповреждённую кожу не вызвали выявленных токсических эффектов или гибели животных.
Отдельный эксперимент провели на 16 крысах с полнослойными ранами кожи размером 1 × 1 сантиметр. Нанокомпозит наносили на повреждённую область ежедневно в течение месяца. Исследователи не обнаружили значимых неблагоприятных изменений в состоянии животных, показателях крови и внутренних органах по сравнению с контрольной группой. Раздражения кожи и окружающих рану тканей также не наблюдалось.
К концу эксперимента раны зажили как у получавших нанокомпозит животных, так и в контрольной группе. Однако микроскопическое исследование тканей выявило различия в структуре сформировавшегося рубца. У животных, получавших материал, наблюдались признаки более раннего перехода к перестройке соединительной ткани, а у половины животных этой группы сформировались зачатки придатков эпидермиса. Авторы рассматривают эти изменения как признаки регенеративного действия материала.
Разработчики также создали вариант нанокомпозита на основе фосфата церия, лимонной кислоты и производных целлюлозы, в который можно вводить метронидазол — антибактериальный препарат. Целлюлозная матрица служит каркасом для наночастиц и потенциально может использоваться для доставки дополнительных лекарственных веществ. Размеры полученных в этой работе кристаллов составляли примерно 3–6 нанометров в ширину и 15–200 нанометров в длину в зависимости от состава.
Разработка пока находится на доклинической стадии. Полученные результаты не означают, что материал уже можно применять для лечения ожогов, язв или инфицированных ран у людей. Более того, авторы основной работы прямо указывают, что эффективность нанокомпозита при лечении острых и инфицированных ран ещё предстоит проверить в дальнейших экспериментах.
Исследование в журнале International Journal of Molecular Sciences.