Умные хирургические швы могут доставлять лекарства и распознавать воспаления

Шовные материалы, чтобы «штопать» раненых, придумали тысячи лет назад. Специалисты из Массачусетского технологического института (MIT) разработали умные швы. Полученные биологическим путём, они помогут пациентам быстрее восстановиться, например, после резекции кишечника или других видов хирургии. При внедрении новинки в будущем хирургу по команде «Нить!» подадут материал, который не просто сшивает ткани, но и сообщает о воспалении и выдаёт в больное место порции медикаментов.


Новые швы получены из тканей животных и похожи на «кетгутовые». Нечто подобное впервые использовали ещё древние римляне. Кстати, слог «кет» не связан с кошками — это сокращение от английского cattle gut, «кишка крупного рогатого скота». Чтобы сделать современный материал, команда MIT покрыла швы гидрогелями, в которые можно встроить датчики, добавить лекарства и даже биологические клетки с терапевтическими молекулами.


— Джованни Траверсо, профессор машиностроения MIT, гастроэнтеролог и старший автор исследования.

Изобретатели предполагают, что их хирургические нити помогут пациентам восстановиться после операции по удалению части кишечника. Швы также можно приспособить для заживления других ран или хирургических разрезов.

Кетгутовые нити из очищенного коллагена (белкового вещества) коров, овец или коз, образуют прочные швы, которые рассасываются примерно за 90 дней. Существуют и синтетические рассасывающиеся швы, но кетгут по прежнему в ходу во многих видах хирургии.

Исследователи создали новые швы из ткани свиньи, которую отмыли от нежелательных клеток (децеллюляризовали) чтобы уменьшить вероятность воспаления у пациента. В результате получился бесклеточный материал, который исследователи называют De-gut. Он состоит из коллагена и других биомолекул.

После сушки полученную ткань скрутили в нити и оценили её прочность на растяжение. И обнаружили, что она сравнима с доступным на рынке кетгутом. Они также выяснили, что внутри живых тканей швы вызывают гораздо меньшую иммунную реакцию, чем традиционные кетгутовые.

Затем исследователи решили наделить шовный материал дополнительными функциями. Для этого они покрыли De-gut слоем гидрогеля. В гидрогель они могут встраивать несколько типов полезных добавлений — микрочастицы, которые показывают воспаление, различные молекулы лекарств или клетки.

Для получения датчиков исследователи разработали микрочастицы с пептидами, которые высвобождаются, когда в ткани присутствуют воспалительные ферменты, называемые MMPS. Пептиды с признаками воспаления можно обнаружить с помощью простого анализа мочи.

Исследователи также показали, что гидрогелевое покрытие годится, чтобы вносить в организм лекарства от воспалительных заболеваний кишечника, включая стероиды. Исследователи говорят, что этот подход также можно настроить для доставки антибиотиков и препаратов, используемых при химиотерапии.

Умные швы с гидрогелем также пригодны для доставки стволовых клеток. Исследователи внедрили в швы стволовые клетки, которые оставались жизнеспособными у подопытных мышей не менее недели и стимулировали кроветворение.

Теперь создатели De-gut тестируют новинку для каждого из перспективных направлений, а также работают над увеличением производства умных швов. Учёные также рассматривают пригодность De-gut не только для лечения кишечника.