Для медицинских швов создали новый материал на основе паутины и наноматериалов

ЭкспертHi-Tech

Спасительные нити паука

Новый материал на основе паутины и наноматериалов создали в Университете ИТМО для заживления и визуализации состояния медицинских швов

Варвара Гузий

Свечение материала позволяет диагностировать заражение

«Заживляющий материал на основе паутины создали петербургские ученые» — этим летом подобные заголовки появились в информагентствах и СМИ, среди новостей о достижениях российской науки эта стала одной из самых популярных. В ней, конечно, есть элемент понятного для медиа парадокса — страшные пауки и чудесное исцеление. Но кроме того, как оказалось, это и в самом деле интересная с научной точки зрения работа, к тому же ее ключевой автор — совсем молодая исследовательница, магистрантка химико-биологического кластера Университета ИТМО Елизавета Мальцева.

Новый материал в научной лаборатории SCAMT при Университете ИТМО (ранее — Ленинградский институт точной механики и оптики) создан на основе технического задания на подкожные медицинские швы нового поколения. В задачу входило найти материал, который способствует заживлению ран, приспособлен для визуализации биологических процессов в удобном для работы спектре. При этом, конечно, материал должен был быть нетоксичным, биосовместимым, а также соответствующим стандартам «зеленой» химии. И эта задача была решена — пока в лабораторных тестах, впереди тестирование на живых организмах. Разработка, как считают ее авторы, поможет отслеживать бактериальное заражение и предупредить осложнения после хирургической операции. Кроме того, работа расширяет поле исследования и применения композитов на основе биоматериалов.

О практических перспективах нового материала, об атмосфере в российской науке и условиях для молодых ученых мы поговорили с автором исследования Елизаветой Мальцевой.

Паутина и наноточки

— Почему именно пауки и наноматериалы?

— Вообще, паутина — очень перспективный природный материал — полимер, который сочетает в себе превосходные механические и биологические свойства. По прочности и совместимости с биоматериалами она выигрывает даже у широко используемых коконов шелкопрядов, хотя мы знаем о ней немного. Что касается пауков из нашего исследования, то они принадлежит к норному виду Linothele fallax. Причем те плетут не обычную радиальную домовую паутину, а шелковое полотно, которое удобно собирать в больших количествах. Из его соединения с наночастицами получаются и впоследствии тестируются гибридные материалы с новыми свойствами. В нашем случае для создания подкожных медицинских швов мы совместили паутину и углеродные точки.

— А что это такое?

— Углеродные точки — это сравнительно новый класс наноматериалов в виде маленьких сфер диаметром в несколько нанометров. Они обладают флуоресцентными свойствами: проще говоря, светятся при поглощении энергии, в данном случае света с определенной длиной, и сохраняют эту способность очень долго. Так, у нас они становятся красными под воздействием синего света. Их также очень легко синтезировать при помощи нагревания: одной стадии достаточно, чтобы получить нужный материал. Углеродные точки без проблем совмещаются с биоматериалами, нетоксичны для организма человека и постепенно выводятся из него. Поэтому они широко применяются в разных сферах — в биовизуализации, анализе и изменении скорости химических реакций, энергосбережении, точечной доставке лекарственного вещества в организм и в электронике.

— Как выглядит гибрид углеродных точек и паутины, например при увеличении?

— Под обычным микроскопом и без него наша разработка похожа на обычное паутинное волокно. Углеродные частицы же настолько маленькие, что их не видно даже в электронный микроскоп. Само волокно не потеряло свои характеристики после синтеза: оно получилось не менее прочным и эластичным, чем современные медицинские нити.

— Есть ли какие-то нюансы в испытании такого материала?

— Механические характеристики нитей мы проверяли на лабораторном оборудовании. В будущем же понадобятся более точные характеристики поверхности волокна, исследования при помощи просвечивающего микроскопа и опыты на крысах. Поэтому пока мы только смоделировали первые образцы — для промышленных масштабов нужно подкорректировать несколько моментов, например скручивание элементов друг с другом, а потом смотреть, что делать дальше.

— Что конкретно будут делать нити, если их начнут использовать при зашивании ран после операции?

— Врачи не всегда могут контролировать стерильность и наличие микроорганизмов в больнице, из-за чего у пациентов могут возникать осложнения после операций. Воспаления и загноения нередко приводят к неправильному заживлению ран, рубцам, высокой температуре и возможной смерти. Хотя шелковые подкожные нити не обладают бактерицидными свойствами, они служат каркасом для заживления ткани, а углеродные точки — сенсорами.

Когда в организм попадает бактериальная инфекция, световой тест помогает обнаружить ее на ранних этапах. Наши ткани, кожа, жир и мышцы под синим светом тоже будут светиться синим: они обладают свойством автофлуоресценции. Если же ранка под светом перестанет светиться красным, то есть от нее нет оптического отклика, — надо будет что-то срочно предпринимать. Вот в чем главное преимущество наших нитей.

— А ограничения?

— Есть одно: пауков пока нельзя использовать постоянно. Конечно, мы планируем в будущем соорудить паучью ферму, но это сложно. Пауки по природе каннибалы, и их настроение может меняться каждый день. Этих насекомых нельзя содержать вместе. Поэтому каждый паук пока находится в своем контейнере, что упрощает добычу материала — конечно, если у вас нет арахнофобии. Почти два года назад мне было сложно и немножко страшно собирать паутину пинцетом, но потом привыкла.

— Как вы пришли к теме своего исследования?

— Им я начала заниматься два года назад, когда пришла в магистратуру ИТМО и в научную лабораторию SCAMT. Меня привлекли работа с натуральными полимерами и возможность сделать что-то новое на стыке своей профессии и увлечений — химии и биомедицины. Слова коллег тоже оказали свое влияние: их рассказы о пауках дали мне вдохновение и мотивацию идти в этом направлении.

Вначале я участвовала в создании бинтов и пластырей на основе паутины паука-птицееда, но это не совсем мой профиль. Тогда мы изобретали способ, как растворить паутинный шелк, чтобы получить желе, из которого на 3D-принтере можно напечатать тот же лейкопластырь. За это время я поняла, что нельзя сделать научную работу за месяц или два с нуля. Всегда есть какие-то моменты, которые будут тормозить или мешать, так что главный принцип здесь — постепенность.

— Получила ли ваша работа широкую поддержку от научного сообщества в России и за рубежом?

— После публикации статьи я случайно увидела в соцсетях англоязычного ученого, который выложил ее в одном научном сообществе. Месяц-полтора назад я приехала со стажировки в Португалии, где представила презентацию с полученными результатами и долго обсуждала их с коллегами. Мне кажется, что коммуникация — это очень важный элемент нашей работы и основополагающая часть научной среды. Она вообще расширяет кругозор и помогает узнать много новых и полезных вещей, о которых ты раньше не задумывался.

В Санкт-Петербурге мы проводили воркшопы для студентов со всей России. Еще организовывали отдельное мероприятие для коллег из московского РХТУ имени Менделеева. Им тоже очень понравилось — мы даже вместе синтезировали материал. Если говорить про индустрию, то никаких предложений пока не поступало.

Лабораторные образцы композитных нитей

Делать науку в России

— Что вы думаете о перспективах российской науки в целом?

— Думаю, что скоро перед нашими университетами откроется возможность коммуницировать и сотрудничать между собой. У нас все еще нет гибких стажировок между вузами: например, я не могу взять и приехать в другой университет просто потому, что хочу там заниматься. Наука — это такая обособленная сфера не для всех, потому что не все могут твердо идти к своей цели. Причем это очень творческая сфера, которая должна сочетаться с такими качествами, как усидчивость и упорство.

— На ваш взгляд, как можно и как нельзя делать науку в России и что ее тормозит?

— Можно или нельзя — науку в России делать нужно! Важно принимать во внимание общемировые тенденции, чтобы работать в направлении развития, открытий и изобретений. Не тратить время, силы и финансирование на то, что уже изобретено или никому не нужно. Поэтому очень важен английский язык, так как сейчас все сводится к коммуникации.

А еще нельзя делать науку только из-за денег. Получается лженаука, которая может поставить в тупик. Вот находишь литературу и статьи по теме, повторяешь синтез из них, а он не работает, хотя результаты у авторов представлены хорошие. Хотелось бы еще отметить некомпетентность и несовременность руководителей, которые не понимают и не следят за тем, что происходит. На самом деле это отбивает желание заниматься наукой. В этом надо идти в ногу со временем.

— Тогда как бы вы описали жизнь молодого исследователя в России? Откуда они берутся?

— «И швец, и жнец, и на дуде игрец», я бы сказала. Да, это сугубо индивидуально, но это довольно тяжелая функциональная работа. Ты не только сидишь в лаборатории, что-то делаешь, ищешь и изобретаешь, а еще носишься с бумажками и занимаешься бюрократией, организуешь воркшопы, осваиваешь графические редакторы. После двух лет магистратуры могу сказать, что я многому научилась, как и коллеги.

Вообще, молодые ученые — это такие свободные умы, которые концентрируются вместе и страдают, пока что-то не получается. Они берутся в прогрессивных вузах, где проще делать интересующую тебя науку. Не в старых лабораториях с обшарпанными стенами и древним неработающим оборудованием, куда ты не хочешь ходить. В таких стенах сама атмосфера направляет тебя на исследования. Многое также зависит от твоего характера и психологии: либо тебе нравится этим заниматься, либо нет. Некоторые ребята после магистратуры у нас говорят: «Ой нет, лучше пойду работать». Мне же хочется продолжать этим заниматься.

— Возможно ли сейчас стать крутым ученым в нашей стране?

— Среди моих знакомых есть много ребят, которые горят своим делом, хотят что-то изобрести и кайфуют от этого. В школе я готовилась стать врачом, но у меня была прекрасная учительница по химии, которая привила мне любовь к предмету. Наукой я начала заниматься только в магистратуре. Сначала не понимала, что происходит, а потом как поняла!

Поначалу ты долго ищешь литературу, проводишь эксперименты, а когда начинает что-то получаться, ты испытываешь просто неописуемые эмоции. Потом смотришь и думаешь: «Ого, вот это я сделал!» Тут главное — не терять эту мотивацию. Еще важно, чтобы тебя поддерживало окружение и научный руководитель, которые тоже горят этой работой, потому что в одиночку ты просто не вывезешь. Меня в этом вдохновляет творчество и продумывание плана: что ты хочешь сделать, что должно получиться, что нет, и для меня это такой замкнутый цикл. Идея поиска: ничего не получается — руки опускаются — продолжаешь — хоба, получилось! — и все опять заново.

Автор исследования, магистрантка Университета ИТМО Елизавета Мальцева

Фотографии Дмитрия Григорьева, ITMO.NEWS

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Четыре передела русского самореза Четыре передела русского самореза

История всего импортозамещения на примере отдельно взятого производства

Эксперт
«Яндекс» создал промышленных роботов для складов и дарксторов «Яндекс» создал промышленных роботов для складов и дарксторов

«Яндекс» создал и протестировал двух промышленных роботов

Forbes
Будущее где-то рядом с Эр-Риядом Будущее где-то рядом с Эр-Риядом

Сможет ли Саудовская Аравия превратиться в ведущую мировую державу?

Эксперт
Когда голод превращается в раздражительность: 3 совета для контроля эмоций Когда голод превращается в раздражительность: 3 совета для контроля эмоций

Как телесные ощущения воздействуют на эмоции

Psychologies
Турция на пороге исторического выбора Турция на пороге исторического выбора

Запад продолжает играть против Эрдогана

Эксперт
Какие из российских яблок самые вкусные, надо ли чистить яблоки и еще 10 вопросов о главной фруктовой скрепе Какие из российских яблок самые вкусные, надо ли чистить яблоки и еще 10 вопросов о главной фруктовой скрепе

Такой привычный с детства фрукт, как яблоко, вопросов вроде бы не вызывает

Maxim
Бриллианты ищут выход Бриллианты ищут выход

«Алроса» и трейдеры на мировом рынке алмазов пытаются найти обходные пути

Эксперт
Это просто белый яд: разоблачаем самые распространённые мифы о соли Это просто белый яд: разоблачаем самые распространённые мифы о соли

Эту самую простую приправу обвиняют во многих грехах

VOICE
Бунт женских хромосом: трансгендерные лемминги и консервативные мухи Бунт женских хромосом: трансгендерные лемминги и консервативные мухи

Почему самцов и самок не всегда бывает поровну

СНОБ
Инсулиновая помпа восстановила структуру мозга у подростков-диабетиков Инсулиновая помпа восстановила структуру мозга у подростков-диабетиков

Как разные способы введения инсулина влияют на мозг подростков с диабетом

N+1
Не только Кюри: 6 женщин-физиков, которые совершали открытия и боролись за равенство Не только Кюри: 6 женщин-физиков, которые совершали открытия и боролись за равенство

Женщины, внесшие важный вклад в развитие физики

Forbes
Проблемы с сексом, тайная любовница Гитлера на протяжении 16 лет и жена на 36 часов: тяжелая судьба красавицы Евы Браун Проблемы с сексом, тайная любовница Гитлера на протяжении 16 лет и жена на 36 часов: тяжелая судьба красавицы Евы Браун

Имя Гитлера на слуху у всех, но что нам известно про его любовницу Еву Браун

ТехИнсайдер
В России разрешат разбирать самолеты, чтобы починить другие. Станет ли опаснее летать? В России разрешат разбирать самолеты, чтобы починить другие. Станет ли опаснее летать?

Российские авиакомпании начали разбирать самолеты на запчасти

Maxim
«Мы знаем, чего хотят мамы» «Мы знаем, чего хотят мамы»

Алиса Лобанова определенно живет в Стране чудес

OK!
Физики пленили нейтральные атомы с помощью металинзы Физики пленили нейтральные атомы с помощью металинзы

Физики изготовили кремниевую металинзу для нужд оптических пинцетов и решеток

N+1
Психиатр и специалист по питанию из Гарварда назвала 6 продуктов, которые сохранят мозг «молодым и здоровым» Психиатр и специалист по питанию из Гарварда назвала 6 продуктов, которые сохранят мозг «молодым и здоровым»

Чем витамины группы В полезны для мозга и в каких продуктах они содержатся

Inc.
Резинки-пружинки и другие небезопасные аксессуары, которые портят твои волосы Резинки-пружинки и другие небезопасные аксессуары, которые портят твои волосы

Сегодня мы расскажем тебе, какие аксессуары и как могут навредить твоим локонам

VOICE
Одна вокруг света: озеро на месте «звездной раны» и деревенская прачечная в Боливии Одна вокруг света: озеро на месте «звездной раны» и деревенская прачечная в Боливии

182-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Боливия

Forbes
Онлайн-конфигураторы ПК: выбираем лучший Онлайн-конфигураторы ПК: выбираем лучший

У каждого крупного ритейлера есть собственный конфигуратор ПК

CHIP
Очищение крови Очищение крови

Рассказываем, как убрать из крови (а значит, и из всего организма) все лишнее

Лиза
Можно ли удлинить ногтевое ложе? Да! Рассказываем, как это сделать Можно ли удлинить ногтевое ложе? Да! Рассказываем, как это сделать

Что делать, если природа не подарила тебе изящные ногти?

VOICE
История одной вещи: тамагочи — великий и (немного) ужасный История одной вещи: тамагочи — великий и (немного) ужасный

Вспоминаем историю суперпопулярной японской игры

Правила жизни
Ее зверски пытали, но маленькая героиня не сдала своих: за что немцы зверски расправились с Зоей Космодемьянской Ее зверски пытали, но маленькая героиня не сдала своих: за что немцы зверски расправились с Зоей Космодемьянской

Положение на фронте с каждым днем становилось все хуже

ТехИнсайдер
5 математических трюков, которые помогут решить любую задачу за секунды 5 математических трюков, которые помогут решить любую задачу за секунды

Простые трюки могут облегчить решение любых повседневных математических задач

ТехИнсайдер
Какие растения любят подкормку из яичной скорлупы: дешевое удобрение, о котором должен знать каждый дачник Какие растения любят подкормку из яичной скорлупы: дешевое удобрение, о котором должен знать каждый дачник

Многие собирают скорлупу для подкормки сада и комнатных растений

ТехИнсайдер
Библия сексуальной революции и космические мечты: что почитать у Роберта Хайнлайна Библия сексуальной революции и космические мечты: что почитать у Роберта Хайнлайна

Знаковые романы Роберта Хайнлайна

ТехИнсайдер
5 увлекательных аудиокниг для длинных путешествий 5 увлекательных аудиокниг для длинных путешествий

Хорошая аудиокнига — лучший спутник в путешествии

СНОБ
10 продуктов, которые ты, скорее всего, ешь неправильно 10 продуктов, которые ты, скорее всего, ешь неправильно

Разоблачаем популярные мифы о том, как нужно чистить, подавать и употреблять еду

Maxim
Биоархеологи обнаружили различия в рационе мужчин и женщин из римского некрополя Биоархеологи обнаружили различия в рационе мужчин и женщин из римского некрополя

Женщины и мужчины в Риме питались по-разному

N+1
О чем говорит цвет выделений из носа О чем говорит цвет выделений из носа

Носовая слизь может менять цвет и текстуру в зависимости от причины ее появления

ТехИнсайдер
Открыть в приложении