Внутренние кровотечения являются одной из самых распространённых причин смерти при травмах. Чтобы спасти человеку жизнь в таких случаях, необходимо как можно скорее остановить потерю крови. Для этого существует целый ряд препаратов, однако ни один из них не способен помочь без хирургического вмешательства.
Чтобы ускорить остановку внутренних кровотечений, учёные пытаются создать новые средства, которые можно вводить пациенту с помощью простой инъекции. Но главная проблема заключается в том, что подобный препарат должен вызывать свёртывание крови не во всех сосудах, а только в месте повреждения.
Команда Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО) нашла решение этой проблемы: исследователи разработали особые наночастицы, управляемые магнитом.
Препарат на основе таких наночастиц можно вводить внутривенно и доставлять прямо к месту повреждения сосуда. С его помощью ускоряется локальное образование тромба, благодаря чему общая потеря крови снижается в 15 раз. При этом наночастицы нетоксичны для клеток человека и не вызывают побочных эффектов, отмечают авторы.
В составе наночастиц, которые они создали, есть два ключевых компонента. Первый – это тромбин (фактор свёртывания II), главный фермент организма, отвечающий за свёртывание крови. Он взаимодействует с белком фибриногеном (растворён в плазме крови) и запускает образование тромбов для закупорки повреждённого сосуда.
Молекулы тромбина в наночастицах обёрнуты специальным пористым матриксом на основе минерала магнетита. Это второй главный компонент, он позволяет управлять перемещением частиц в организме с помощью внешнего магнитного поля.
Cистема, моделирующая повреждённый сосуд.
Специалисты поясняют: магнитные наночастицы с тромбином сами по себе обладают низкой активностью и не вызывают свёртывания крови в сосудах. Их можно вводить внутривенно, а потом с помощью магнита концентрировать в нужном месте. Если при этом ввести человеку дополнительную порцию фибриногена, кровотечение удастся остановить гораздо быстрее.
"Мы проверили эффективность наночастиц на образцах плазмы крови человека и на специальной модели сосуда, ‒ рассказывает соавтор работы Андрей Дроздов. – Эксперимент на плазме показал, что тромбин в наночастицах не так активен, как свободный. Следующий эксперимент мы провели на модели кровяного русла, чтобы посмотреть, как поведут себя наночастицы при повреждении сосуда. Оказалось, что магнитная локализация компенсирует снижение активности. Наночастицы сокращают время свертывания крови в 6,5 раз и могут снизить общую потерю крови в 15 раз".
Глава исследовательской группы Владимир Виноградов добавляет, что синтезировать управляемые магнитом наночастицы было не так-то просто. Во-первых, важно, чтобы их размер не превышал 200 нанометров, иначе они будут непригодны для инъекций. Во-вторых, необходимы такие условия синтеза, чтобы тромбин не разрушился и не утратил активность полностью. Наконец, нужно использовать только биосовместимые компоненты.
"Мы проверили токсичность наших наночастиц на человеческих клетках и убедились, что они безопасны даже при длительном воздействии", – отмечает химик.
Добавим, что даная работа является частью большого проекта по созданию гибридных гемостатических (то есть стимулирующих тромбообразование) наноматериалов. В дальнейшем учёные планируют испытать полученный материал на модельных животных, а также провести клинические испытания. Конечная цель – создать систему наноуправляемого гемостаза, которая позволит быстро и эффективно купировать внутренние кровотечения.
Статья с более подробным описанием работы опубликована в журнале Scientific Reports.
Кстати, ранее исследователи представили экологически чистый аэрогель из хлопковых отходов, который можно будет использовать для остановки кровотечения при глубоких ранениях.
Кроме того, методика, также основанная на использовании магнитных наночастиц, легла в основу нового высокоточного анализа крови, который российские учёные уместили в тест-полоску.
