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

От города миллионеров к СберСити От города миллионеров к СберСити

Город от Сбера: акцент на экотехнологии и цифровизации

Эксперт
Помоги себе сам. Книги, которые помогут поддержать психическое здоровье «в домашних условиях» Помоги себе сам. Книги, которые помогут поддержать психическое здоровье «в домашних условиях»

Эти книги расскажут, по каким законам работает психика и тело

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

Сможет ли Саудовская Аравия превратиться в ведущую мировую державу?

Эксперт
Убийцы Барби и Кен: как молодые супруги стали главными маньяками Канады Убийцы Барби и Кен: как молодые супруги стали главными маньяками Канады

Они годами вселяли страх в молодых женщин и девочек пригорода Торонто

VOICE
Молодым ученым в России комфортнее Молодым ученым в России комфортнее

Евгений Хайдуков — о том, как сейчас работается молодым ученым в стране

Эксперт
5 нон-фикшн книг, которые стоит взять с собой в отпуск 5 нон-фикшн книг, которые стоит взять с собой в отпуск

Книга — лучший попутчик в отпуске!

Maxim
Как человечество чуть не погибло Как человечество чуть не погибло

Около 930 тыс. лет назад произошла величайшая катастрофа в истории человечества

Эксперт
Имеют ли право судебные власти Имеют ли право судебные власти

Юрист анализирует право человека на частную жизнь его мозга

ТехИнсайдер
У бактерий нашли дополнительные белки для борьбы с вирусами и бактериофагами У бактерий нашли дополнительные белки для борьбы с вирусами и бактериофагами

Ученые из MIT нашли у прокариот новый механизм борьбы с вирусными инфекциями

N+1
Правила жизни Джеймса Кэмерона Правила жизни Джеймса Кэмерона

Правила жизни культового режиссера Джеймса Кэмерона

Правила жизни
Правда ли, что искусственный интеллект научился выявлять рак точнее рентгенолога: прорыв в диагностике онкологии Правда ли, что искусственный интеллект научился выявлять рак точнее рентгенолога: прорыв в диагностике онкологии

Может ли искусственный интеллект выявить рак? Как это поможет врачам?

ТехИнсайдер
Людмила Петрановская: Про возраст, время и подснежники Людмила Петрановская: Про возраст, время и подснежники

Отрывок из книги психолога Людмилы Петрановской «Взрослые и дети. #Многобукв»

СНОБ
«Чаадаевское дело». Идеология, риторика и государственная власть в николаевской России «Чаадаевское дело». Идеология, риторика и государственная власть в николаевской России

Отрывок из книги «Чаадаевское дело» — о правительственных решениях Николая I

N+1
«Мы выдернули ребенка в неизвестность»: как россиянки эмигрируют с детьми «Мы выдернули ребенка в неизвестность»: как россиянки эмигрируют с детьми

Каково это объяснять ребенку, что семья не вернется домой?

Forbes
Как прием гормональных контрацептивов влияет на жизнь и психику женщин: ученые обозначили главные проблемы Как прием гормональных контрацептивов влияет на жизнь и психику женщин: ученые обозначили главные проблемы

Как синтетические гормоны влияют на женщин?

ТехИнсайдер
«Каждый день?»: как часто необходимо мыться «Каждый день?»: как часто необходимо мыться

Как найти золотую середину в вопроса регулярной гигиены?

Psychologies
Как отрастить ресницы — советы экспертов и правила ухода Как отрастить ресницы — советы экспертов и правила ухода

Сделать ресницы длиннее помогут эти процедуры

РБК
Павел Деревянко: «Девчонки считают меня привлекательным» Павел Деревянко: «Девчонки считают меня привлекательным»

Главный по волейболу Паша Деревянко рассказывает про популярность и деньги

Maxim
Что значит смерть Михаила Горбачева для россиян: комментарий психолога Что значит смерть Михаила Горбачева для россиян: комментарий психолога

Смерть Михаила Горбачева — новая перестройка, но уже в сознании?

Psychologies
«Создательница ангелов»: история Хильды Нильссон, которая убивала детей «Создательница ангелов»: история Хильды Нильссон, которая убивала детей

«Создательница ангелов с улицы Брюкс» — самая известная в Швеции серийная убийца

VOICE
6 Изобретений Золотого века, которые изменили мир 6 Изобретений Золотого века, которые изменили мир

Без этих изобретений Золотого века наш мир был бы совсем другим

ТехИнсайдер
Эффективные способы укрепить ногти в домашних условиях Эффективные способы укрепить ногти в домашних условиях

На красоту и здоровье ногтей влияет множество факторов

VOICE
История одной песни: «Gangnam Style», PSY, 2012 История одной песни: «Gangnam Style», PSY, 2012

Летом 2012 года YouTube пережил первое в своей истории музыкальное потрясение

Maxim
Завтрак инков Завтрак инков

Настоящий перуанец обязательно съест воскресным утром порцию тамалеса

Вокруг света
«Самое опасное звено — сам человек»: как воруют криптовалюту и можно ли ее вернуть «Самое опасное звено — сам человек»: как воруют криптовалюту и можно ли ее вернуть

Как у криптовалютных инвесторов пропадают цифровые активы

Forbes
Одна вокруг света: знаменитая Дорога смерти и Королевская Кордильера Одна вокруг света: знаменитая Дорога смерти и Королевская Кордильера

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

Forbes
6 крутых функций Telegram, о которых вы могли не знать 6 крутых функций Telegram, о которых вы могли не знать

Некоторые малоизвестные функции мессенджера Telegram могут вас удивить

ТехИнсайдер
Почему даже домашние кошки охотятся на диких животных и играют с полумертвой добычей? Почему даже домашние кошки охотятся на диких животных и играют с полумертвой добычей?

Почему домашние кошки, оказавшись за порогом, превращаются в свирепого хищника?

ТехИнсайдер
Одна вокруг света: путешествие через вулкан Тунупа и розовый фламинго, дитя заката Одна вокруг света: путешествие через вулкан Тунупа и розовый фламинго, дитя заката

История о трудной дороге и бескрайних залежах соли, в которых отражается небо

Forbes
Надежда Батоева Надежда Батоева

Балерина Надежда Батоева — о том, как она стала примой Мариинского театра

Собака.ru
Открыть в приложении