Учёные создали гель по образцу морских огурцов, который помогает восстанавливать повреждённые сухожилия
Канадские исследователи разработали необычный гидрогель, способный менять свою жёсткость и ускорять восстановление повреждённых тканей. При создании материала учёные вдохновлялись морскими огурцами — животными, которые способны изменять твёрдость своего тела. В экспериментах на крысах новый гель улучшил заживление повреждённых сухожилий, а затем постепенно разложился и был поглощён организмом.
Разработку представила международная группа исследователей под руководством специалистов Университета Ватерлоо в Канаде. Учёные создали материал, который может служить временной опорой для растущих тканей, помогая клеткам формировать новые структуры. Главное преимущество гидрогеля заключается в возможности регулировать его механические свойства в зависимости от того, какую ткань необходимо восстановить.
Разные ткани человеческого организма значительно отличаются по своей плотности и эластичности. Например, для восстановления сухожилия требуется прочный материал, способный выдерживать механические нагрузки, тогда как для работы с тканями мозга необходима гораздо более мягкая структура. Обычные гидрогели часто обладают заранее заданной жёсткостью, что ограничивает возможности их применения.
Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали специальный способ обработки гидрогеля на основе желатина. Сначала материал подвергают направленному замораживанию, благодаря которому внутри формируется упорядоченная пористая структура. Затем его помещают в растворы определённых солей, изменяющих взаимодействие молекул. Это позволяет регулировать прочность, эластичность и жёсткость материала без изменения его основной структуры.
В зависимости от условий обработки исследователям удалось изменять модуль упругости гидрогеля от 9,7 килопаскаля до 3,59 мегапаскаля. Наиболее прочные образцы выдерживали растягивающее напряжение до 14,25 мегапаскаля, несмотря на высокое содержание воды. Такие характеристики позволяют подбирать материал для тканей с существенно различающимися механическими свойствами.
Эффективность разработки проверили в экспериментах на крысах с повреждениями ахиллова сухожилия. Животным имплантировали гидрогель в область повреждения, после чего сравнивали восстановление тканей с результатами обычного хирургического соединения сухожилия. У крыс, получивших новый материал, формировалась более упорядоченная коллагеновая структура, а восстановление двигательной функции происходило успешнее.
Примерно за восемь недель гидрогель постепенно разрушался и рассасывался, уступая место новой ткани. Через 12 недель исследователи обнаружили, что механические характеристики восстановленных сухожилий приближались к показателям здоровых тканей. При этом результаты были лучше, чем у животных, которым повреждение устраняли только хирургическим способом.
По мнению разработчиков, подобные материалы в будущем могут применяться для восстановления мышц, хрящей, кожи и других мягких тканей. Однако пока эффективность гидрогеля подтверждена только в доклинических исследованиях, а возможность его использования для восстановления других органов требует отдельных испытаний. Следующим этапом станут эксперименты на более крупных животных, после которых учёные рассчитывают перейти к клиническим исследованиям.
Результаты исследования в научном журнале Advanced Functional Materials.