Создан инъекционный тканевый протез для регенерации поврежденных мышц и нервов

В недавней публикации в журнале Nature исследователи из Института фундаментальных наук в Южной Корее добились значительных успехов в области технологий биоматериалов и реабилитационной медицины.

Они разработали новый подход к лечению мышечных травм с помощью «инъекционного тканевого протеза» в виде проводящих гидрогелей и объединили его с роботизированной системой реабилитации.

Представим себе, что вы плаваете в океане. К вам приближается огромная акула и откусывает огромный кусок мяса от бедра, в результате чего полностью утрачивается двигательная/сенсорная функция ноги. Если не принять меры, такое серьезное повреждение мышц приведет к полной потере функций и инвалидности. Как же восстановиться после такой травмы?

Традиционные методы реабилитации при подобных мышечных повреждениях давно ищут эффективную замкнутую систему восстановления походки, объединяющую легкие экзоскелеты и носимые/имплантируемые устройства. Такая вспомогательная ортопедическая система необходима для того, чтобы помочь пациентам в процессе восстановления сенсорных и двигательных функций, связанных с повреждением нервов и мышц.

К сожалению, механические свойства и жесткость существующих электронных материалов делают их несовместимыми с мягкими тканями. Это приводит к трению и возможному воспалению, что тормозит процесс реабилитации пациента.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи IBS обратились к материалу, широко используемому в качестве наполнителя для разглаживания морщин, — гиалуроновой кислоте. На основе этого вещества был разработан инъекционный гидрогель для «тканевых протезов», способный временно заполнить промежуток между отсутствующими мышечными и нервными тканями на время их регенерации. Инъекционная природа этого материала дает ему значительное преимущество перед традиционными биоэлектронными устройствами, которые не подходят для узких, глубоких или небольших областей и требуют инвазивных операций.

Благодаря своим «тканеподобным» свойствам гидрогель легко взаимодействует с биологическими тканями и может быть введен в труднодоступные участки тела без хирургического вмешательства. Обратимые и необратимые сшивки в составе гидрогеля адаптируются к высокому напряжению сдвига при введении, обеспечивая отличную механическую стабильность. В состав гидрогеля также входят наночастицы золота, что придает ему хорошие электрические свойства. Его электропроводящая природа позволяет эффективно передавать электрофизиологические сигналы между двумя концами поврежденных тканей. Кроме того, гидрогель является биодеградируемым, а значит, пациентам не потребуется повторная операция.

Обладая механическими свойствами, сходными с естественными тканями, исключительной адгезией к тканям и возможностью инъекций, этот материал, по мнению исследователей, предлагает новый подход к реабилитации.

Далее исследователи проверили эту новую идею на моделях грызунов. Для имитации объемной мышечной потери с задних лап этих животных удалялся большой кусок мышцы. Введя гидрогель и имплантировав два вида растяжимых тканевых устройств для электрического зондирования и стимуляции, исследователи смогли улучшить походку «травмированных» грызунов. Гидрогелевые протезы сочетались с роботизированной помощью, управляемой сигналами электромиографии мышц. Все это позволило улучшить походку животных без стимуляции нервов. Кроме того, после использования проводящего гидрогеля для заполнения повреждений мышц в долгосрочной перспективе эффективно улучшалась регенерация мышечной ткани.

Разработанный в данном исследовании инъекционный проводящий гидрогель обладает превосходными характеристиками регистрации электрофизиологических сигналов и стимуляции, что открывает возможности для расширения его применения. Он представляет собой новый подход в области биоэлектронных устройств и перспективен в качестве протеза мягких тканей для поддержки реабилитации.

Подчеркивая значимость исследования, профессор Шин Микюнг отмечает: «Мы создали инъекционный, механически прочный и электропроводящий протез мягких тканей, идеально подходящий для лечения тяжелых повреждений мышц, требующих нейромышечно-скелетной реабилитации. Разработка этого инъекционного гидрогеля с использованием нового метода сшивания является значительным достижением. Мы считаем, что он будет применяться не только в мышцах и периферических нервах, но и в различных органах, таких как мозг и сердце».

Профессор Сон Донгхи добавил:

В данном исследовании система реабилитации походки с замкнутым контуром, включающая жесткий инъекционный гидрогель и растягивающиеся и самовосстанавливающиеся датчики, может значительно улучшить перспективы реабилитации пациентов с неврологическими и опорно-двигательными проблемами. Она также может сыграть важную роль в точной диагностике и лечении различных органов человеческого тела.

В настоящее время группа исследователей проводит дальнейшие исследования с целью разработки новых материалов для регенерации нервной и мышечной ткани, которые можно будет имплантировать минимально инвазивным способом. Они также изучают возможности восстановления при различных повреждениях тканей с помощью инъекций проводящего гидрогеля, что позволит отказаться от открытого хирургического вмешательства.

01.11.2023