Кожзаменитель

Искусственная кожа, которую можно было бы пересаживать – то есть использовать для восстановления целостности кожных покровов – сделала бы лечение ожогов, язв и других масштабных повреждений более простым, безболезненным и эффективным. Идея заменить настоящую кожу материалом, выращенным в лабораторных условиях, кажется исследователям довольно привлекательной – это позволило бы избежать серьезных осложнений и ускорить процесс заживления.

Искусственный материал, который можно просто накладывать на место повреждения, подобно пластырю, изобрела команда японских ученых из Университета Сага (Saga University). Специальное покрытие на основе ателоколлагена предназначено для лечения ожогов. Ателоколлаген низкоаллергичен и практически не вызывает побочных эффектов.

Его действие было проверено на лабораторных мышах — новый материал действительно ускорял заживление.

Впрочем, он может использоваться лишь в качестве временной меры до тех пор, пока кожа самого пациента не станет пригодна для дальнейшей трансплантации, поясняет Тошияки Такезава (Toshiaki Takezawa). Клиническое использование нового материала начнется не ранее 2022 года, говорят авторы.

Серпантин из кремния

Пока же одни ученые изобретают искусственную кожу, которая не будет отторгаться, другие работают над иными материалами. Новые покрытия для протезов конечностей настолько совершенны, что способны «ощущать» текстуру поверхностей и «чувствовать» прикосновения.

Об одной из таких разработок в конце 2014 года сообщили корейские и американские ученые. Они создали полимерный материал, покрытый сетью сенсоров, изготовленных из кремния и золота – по 400 шт на 1 квадратный миллиметр.  Чтобы «кожа» получилась эластичной, кремнию придали форму серпантина.

Рузбех Гаффари (Roozbeh Ghaffari) из Кембриджа отметил, что эластичность живой кожи и ее чувствительность отличаются на разных участках руки. Такими же свойствами обладает и новый материал: количество сенсоров на кончиках пальцев гораздо выше, чем на тыльной стороне ладони. Чтобы сделать покрытие еще более похожим на настоящее, авторы добавили специальный слой, подогревающий материал до температуры человеческого тела.

Тестируя искусственную кожу, Дэ-Хен Ким (Dae-Hyeong Kim) и его коллеги из Национального университета Сеула (Seoul National University) подключили ее к головному мозгу крыс. Сенсорная кора животных реагировала на прикосновения, однако выяснить, различали ли животные тепло, влагу или давление, не удалось. Исследователи надеются найти ответ после проведения экспериментов на более крупных животных.

Легкое касание и крепкое рукопожатие

Созданием искусственной кожи для протезов конечностей занимаются и другие исследовательские группы. Дженан Бао (Zhenan Bao) и ее коллеги разработали весьма совершенный материал.

Bao Research Group, Stanford

Созданное ими покрытие получило название Di Tact. Оно состоит из двух слоев. Верхний покрыт высокочувствительными сенсорами, способными «почувствовать» и различить легкое касание и рукопожатие. А нижний слой отвечает за передачу электрического сигнала и его преобразование в биохимический сигнал, воспринимаемый нейронами.

В своих экспериментах на лабораторных мышах авторы наглядно продемонстрировали, что нейроны в головном мозге животных реагировали на прикосновения. Ученые поясняют, что им впервые удалось отказаться от использования устройства, преобразующего сигнал, идущий от сенсора, в импульс, воспринимаемый мозгом.

Искусственная кожа была способна самостоятельно воспринимать, преобразовывать и передавать сигнал от сенсоров к нейронам головного мозга. Впрочем, даже этому материалу далеко до свойств человеческой кожи – пока еще сенсоры неспособны различать температуру, да чувствительность далека от идеальной.

Отпечатки пальцев

Кстати, материал, способный «почувствовать» изменения температуры, уже создан. Это удалось южнокорейским ученым из Национального института науки и технологий (National Institute of Science and Technology). Их искусственная кожа еще больше похожа на натуральную – авторы придали ей особую волнистую структуру, характерную для настоящей кожи. Так, на кончиках пальцев, покрытых новым материалом, появился рисунок «отпечатков», а способность к осязанию стала еще более совершенной.

При любом давлении на материал составляющие его слои сжимаются, что создает электрический ток, сила которого напрямую связана со степенью деформации кожи: чем сильнее давление, тем сильнее будет ток. Искусственная кожа меняет свои свойства при изменении температуры – расширяется и размягчается при нагревании и становится более жесткой при охлаждении. Такие изменения тоже генерируют электрический ток различной силы.

Хьюнхьюб Ко (Hyunhyub Ko) и его коллеги объясняют, что искусственная кожа обладает еще одной уникальной особенностью – она способна распознавать звуковые волны. Оказалось, что звук тоже вызывает деформацию слоев нового материала, что и приводит к генерации электрических импульсов. Впрочем, ученые пока не разработали способ передачи генерируемых импульсов в головной мозг.

Некоторые покрытия, используемые для ускорения заживления ран, уже опробованы на пациентах  и, вполне вероятно, скоро начнут использоваться в клинической практике.  А вот говорить о начале применения новых покрытий для протезов, обладающих чувствительностью, пока преждевременно. Ни один из подобных материалов пока не был испытан на людях, однако в том, что «осязающие» протезы действительно появятся, ученые не сомневаются. Это только вопрос времени.