Формируемый гель контролирует кровотечение и поддерживает восстановление костей в доклинических испытаниях

Исследовательская группа из Факультета стоматологии Гонконгского университета (HKU), работающая в сотрудничестве с группой Су Рёна Шина из Brigham and Women's Hospital, Медицинской школы Гарварда, разработала и прошла доклинические испытания адаптивного гидрогеля, предназначенного для сложных клинических сценариев травм, характеризующихся сильным кровотечением, нерегулярными костными дефектами и раздробленными переломами.

Результаты, опубликованные в журнале Advanced Materials, демонстрируют потенциал нового биоматериала, названного iHEÄLS, как универсальной платформы для сложной краниомаксиллофациальной реконструкции.

Вдохновленный знакомой пластичностью пластилина Play-Doh, гидрогель может быть сформирован и адаптирован к нерегулярным анатомическим дефектам, одновременно обладая быстрым гемостазом, сильной тканевой адгезией, способностью к самовосстановлению и механической устойчивостью — свойствами, которые особенно актуальны для оказания экстренной помощи при травмах.

Исследовательская группа HKU возглавлялась Сан Джином Ли, ассистентом профессора биофункциональных материалов в Отделении прикладных оральных наук и общественной стоматологической помощи Факультета стоматологии HKU. Платформа iHEÄLS была разработана в результате совместных усилий команд HKU и Гарварда.

Команда Шина в Гарварде возглавила изобретение и материаловедение гидрогеля, а группа HKU Dentistry дополнительно разработала и установила его потенциальные клинические применения, особенно для сложных краниомаксиллофациальных травм, и провела соответствующую доклиническую функциональную валидацию.

Сотрудничество было вызвано клинически ориентированным вопросом: как можно применить биоматериал в ситуациях, когда традиционные реконструктивные материалы сложно использовать из-за активного кровотечения, влажных и поврежденных поверхностей тканей, высокорегулярных дефектов и фрагментированной кости?

Строя на основе материальной платформы, команда HKU Dentistry дополнительно исследовала потенциал iHEÄLS как формируемого, адаптивного к форме материала, который мог бы соответствовать сложным дефектам, контролировать кровотечение и обеспечивать поддерживающую регенеративную микросреду для восстановления тканей.

Платформа iHEÄLS основана на иерархической тройной сетевой архитектуре, состоящей из поливинилового спирта, желатина и целлюлозных нанокристаллов, сшитых через динамические борные эфирные связи и ферментативные ковалентные связи. Эта молекулярная архитектура обеспечивает гидрогель комбинацией адаптивности, поведения самовосстановления, тканевой адгезии и механической целостности.

Материал может быть сформирован или доставлен к нерегулярным дефектам, позволяя ему тесно соответствовать сложным анатомическим геометриям, а не требовать переформирования дефекта в соответствии с жестким имплантатом.

Строя на этих материальных свойствах, команда HKU Dentistry расширила применение iHEÄLS на клинически значимые сценарии краниомаксиллофациальной травмы.

Команда систематически оценивала его гемосовместимость, биодеградацию, интеграцию тканей и регенеративные характеристики, с особым акцентом на условия, включающие активное кровотечение и нерегулярные или раздробленные костные дефекты, где традиционные реконструктивные подходы могут быть особенно сложными.

В исследованиях in vivo продемонстрировано, что iHEÄLS мог быстро достичь гемостаза на кровоточащих костных поверхностях, одновременно плотно соответствуя нерегулярным дефектам черепа. Эти характеристики особенно важны при тяжелых травмах, когда неконтролируемое кровотечение, влажные поверхности тканей и нерегулярная геометрия дефектов могут осложнить традиционные процедуры костной пластики и фиксации.

Команда дополнительно исследовала использование iHEÄLS вместе с аутологичными костными фрагментами. Гидрогель был способен вмещать и стабилизировать небольшие костные фрагменты в пределах нерегулярных дефектов, одновременно поддерживая новообразование костной ткани. Это открытие подчеркивает его потенциал для раздробленных переломов, при которых множество небольших костных фрагментов может быть сложно сохранить, переместить или механически зафиксировать, используя традиционные подходы.

Вместо того чтобы функционировать просто как пассивный наполнитель, iHEÄLS был разработан для создания биологически благоприятной среды для прогрессивного восстановления тканей. Его поведение при деградации было совместимо с регенеративным процессом, в то время как доклинические исследования продемонстрировали благоприятную интеграцию тканей и отсутствие явных неблагоприятных тканевых реакций, что дополнительно поддерживает его потенциал для будущей трансляционной разработки.

"Работа с нашими коллегами из Гарварда позволила нам выйти за рамки разработки нового гидрогеля и задать клинически важный вопрос: где этот материал может оказать наибольшее влияние?" — сказал Ли.

"Наша работа была сосредоточена на переводе уникальных материальных свойств iHEÄLS в практическое решение для сложной краниомаксиллофациальной травмы, особенно когда сильное кровотечение и фрагментированная кость затрудняют традиционную реконструкцию."

Результаты устанавливают потенциальный трансляционный путь для iHEÄLS в неотложной и реконструктивной медицине. Его способность соответствовать нерегулярным дефектам, прилипать к влажной ткани, контролировать кровотечение и вмещать и стабилизировать костные фрагменты может упростить реконструкцию при сложных краниомаксиллофациальных повреждениях.

Исследователи предполагают, что технология может в конечном итоге быть разработана для применения, включая тяжелые лицевые травмы, раздробленные краниомаксиллофациальные переломы, экстренную костную реконструкцию и другие ситуации, в которых традиционные имплантаты или методы фиксации сложно использовать. Дальнейшие исследования потребуются для установления его безопасности, эффективности и нормативной пригодности перед клиническим применением.

Исследование также демонстрирует модель сотрудничества, при которой опыт Гарварда в изобретении гидрогеля и биоматериальной инженерии сочетается с клинической точкой зрения HKU Dentistry и доклинической экспертизой, продвигая биоматериальную платформу от разработки материала к клинически значимой реконструкции травм.