Разработка ранозаживляющего сорбирующего материала с нановолокнистым покрытием

DOI:

За последние годы значительно вырос объем рынка средств для лечения хронических ран. Согласно отчету «Chronic Wound Care Market Report 2026»1 среднегодовой темп его роста составляет 7,4 %. По представленным в отчете прогнозам объем рынка таких средств в 2026 году достигнет 17,64 млрд долларов. При этом к основным тенденциям прогнозируемого периода относятся растущее внедрение современных перевязочных материалов, увеличение использования устройств для терапии ран отрицательным давлением, расширение интеграции интеллектуальных решений для мониторинга ран, расширение ассортимента биоактивных и антимикробных перевязочных материалов, а также повышенное внимание к персонализированному уходу за ранами. В связи с этим актуальной задачей является разработка высокоэффективных раневых покрытий и перевязочных материалов, способных не только оказывать лечебный эффект за счет наличия в них лекарственных компонентов, но и создавать непосредственно в ране среду, благоприятствующую заживлению (Кудряшова и др., 2021).

Известно, что эффективность перевязочных материалов для лечения ран во многом обусловлена их сорбционными свойствами. Обширные раны продуцируют значительное количество экссудата – до 0,35 мл/см2 в сутки. Удаление выделяющегося экссудата с раневой поверхности необходимо для предотвращения обратного всасывания в организм токсичных продуктов распада некротических тканей [Ушмаров и др., 2024; Бровко и др., 2023].

Разработка раневых покрытий всегда осуществляется с учетом их сорбционных свойств. В медицине принято выделять различные группы сорбирующих веществ. Так, по коллоидно-химическим принципам функционирования сорбенты подразделяются на:

– волокнистые материалы гидрофильной природы, обладающие средней удельной поверхностью, пористостью и включающие в свой состав малоактивные функциональные группы. Это традиционные целлюлозные перевязочные материалы – марля, вата, вискозные волокна, которые при контакте с раневым экссудатом способны несколько увеличить свою достаточно ограниченную сорбционную структуру (Абаев, 2005; Капуцкий и Абаев, 2001);

– гидрофильные материалы и вещества, способные в водных средах неограниченно набухать и образовывать гели и гелеобразные структуры. При высыхании они образуют на раневой поверхности прочное защитное покрытие. К этим веществам относятся производные поливинилового спирта, альгиновой кислоты, окисленной целлюлозы, полиэтиленоксид, гель декстрана, а также соединения, образующие гелевые структуры – силикагели, желатин, хитин (Абаев, 2005; Mogoşanu and Grumezescu, 2014);

– полимерные материалы и вещества дифильной и гидрофобной природы, в том числе синтетические полимерные материалы (кремнийорганические, полиуретановые, полиметилсилоксановые и др.), а также угольные вещества и углеволокнистые сорбенты, которые абсорбирует экссудат и бактерии из раневого ложа в перевязочный материал и работают как способ механической очистки раневой поверхности (Ославский, 2016).

При этом перспективными являются исследования, посвященные созданию комплексных, высокоэффективных раневых покрытий, способных обеспечить сочетание сразу нескольких коллоидно-химических принципов функционирования.

При проектировании современных перевязочных материалов учитывается необходимость придания им многофункциональных свойств, таких как эффективный контроль экссудата, антимикробное действие, контролируемое высвобождение лекарственных средств для ускорения регенерации тканей и адаптация к различным стадиям заживления ран (Остроушко и др., 2024).

Создание пористой структуры раневого покрытия приобретает особую значимость, поскольку пористая структура сорбирующих материалов не только обеспечивает эффективное дренирование раневого экссудата и создание влажной среды, необходимой для заживле- ния, но и позволяет использовать их в качестве матриц для контролируемого высвобождения лекарственных препаратов, что способствует ускоренной регенерации тканей.

Экспериментально подтверждено, что сорбирующие покрытия эффективны при лечении ожоговых ран, в том числе осложненных инфекцией, а использование современных методов (например, сверхкритической сушки или циклической заморозки) позволяет получать материалы с высокоразвитой пористой структурой и улучшенными функциональными свойствами (Цыганков и др., 2025).

При этом использование тканей или нетканых материалов в роли подложек для инновационных раневых покрытий имеет свои ограничения, поскольку в связи с их ворсистой структурой существует вероятность попадания частиц материала непосредственно в рану, что может препятствовать её заживлению. Требуется создание защитной мембраны для предотвращения попадания частиц сорбента в рану, при этом такая мембрана не должна препятствовать ее заживлению, быть биосовме-стимой и биодеградируемой, пропускать экссудат. Такой мембраной может стать нановолокнистый слой, получаемый методом электроформования.

Сущность электроформования заключается в получении нановолокон за счет воздействия электрического поля на раствор или расплав полимера (Haider A., Haider S. and Kang, 2018; Stace et al., 2019). Электроформование позволяет получать пленки и композиционные материалы, структура и состав которых обеспечивают достижение заданного уровня водо – и паропроницаемости, антисептических свойств. В литературе описан ряд медицинских и биоинженерных изделий санитарно-гигиенического, косметологического и лечебного назначения, в том числе, для обеспечения доставки лекарств и заживление ран (Wang, 2009). Нановолокнистые материалы, как лечебное средство, применяются в качестве различных покрытий, в которых они выполняют как защитные, так и лечебные функции при повреждениях, например, внутренних органов (Chagas et al., 2021; Hermenegildo et al., 2022).

Таким образом, целью данной работы являлась разработка перевязочного сорбирующего материала с на-новолокнистым покрытием.

Для достижения поставленной цели в рамках данной работы необходимо решить следующие задачи:

• 1.    Разработать рациональный состав прядильного

• 2.    Выбрать и модифицировать сорбирующую подложку для нанесения нановолокнистого покрытия.

• 3.    Определить режимы электроформования при использовании хитозаносодержащих растворов.

• 4.    Оценить ранозаживляющие способности образцов при лечении экспериментальных гнойных ран. Методы и средства исследований

  Перспективным направлением разработки раневых покрытий является получение нановолокнистых пленок на основе различных гидрофильных материалов и веществ, одним из которых являются различные виды хитозана (Прокопчук, 2015; Пирниязов и др., 2026). Хитозан – это природный полисахарид, полученный путем удаления ацетильных групп из хитина, который обладает различными физиологическими свойствами, такими как нетоксичность, иммуностимулирующее действие, антимикробное действие, биоразлагаемость и биосовместимость. Поэтому нановолокна, полученные из хитозана, используются при гемостазе и заживлении ран (Yu et al., 2025; Wang et al., 2025).

раствора для получения нановолокнистого покрытия.

С точки зрения проведения процесса электроформования растворы из хитозана обладают специфическими свойствами. Хитозан – это катионный полимерный электролит, который несет положительный заряд при растворении в растворе, а молекулы с аналогичными зарядами будут отталкиваться друг от друга, нарушая конус Тейлора, тем самым затрудняя электроформование. Поэтому хитозан обычно смешивают с другими полимерами, способными стабилизировать процесс электроформования, а также обладающими необходимыми лечебными свойствами (Гебремарьям и др., 2025).

При выборе стабилизирующего полимера для получения нановолокнистых пленок на основе хитозана принимались во внимание такие предъявляемые к нему требования, как биосовместимость, биодеградируемость, а также приемлемые механические свойства получаемых материалов: низкая жесткость, достаточная прочность, предотвращающая повреждение пленки при хирургических манипуляциях, а также при воздействии потока крови (Gao et al., 2021; Pillai et al., 2021).

В литературе описано использование в роли добавок таких полимеров, как полиэтиленоксид, полилактид и поливиниловый спирт. Так, например, при исследовании процесса электроформования растворов хитозана было установлено, что содержание полиэтиленокси-да Sigma Aldrich (США) высокой молекулярной массы

400 кДа позволяет улучшить стабильность процесса (Прокопчук и Прищепенко, 2022). Однако данная добавка имеет свои недостатки: полиэтиленоксид обладает высокой стоимостью, около €387.00 за 500 г2.

В роли добавки в раствор хитозана для получения сорбирующих раневых покрытий был выбран поливиниловый спирт (ПВС). ПВС является биосовместимым полимером, не оказывает токсической нагрузки на организм пациента и не вызывает иммунного ответа, обладает специфическим характером и скоростью растворения, способен выводиться из организма пациента и не накапливается в тканях и органах. Благодаря нетоксичности, ПВС применяется в медицине в качестве клеев, пластырей, стерильных салфеток, хирургических нитей, фармацевтических препаратов, для изготовления плазмозаменяющих растворов и раневых покрытий. ПВС является водорастворимым полимером, в связи с чем широко применяется в инновационной медицине для получения нановолокнистых материалов с высокой скоростью растворения (Рыклин и др., 2024a). ПВС гигроскопичен, растворяется в холодной воде крайне медленно, но при повышенных температурах (около 90 °С) достаточно быстро переходит в раствор (Николаев и Охрименко, 1979). Однако скорость растворения волокон поливинилового спирта зависит не только от температуры растворителя, но и структуры материала. Так нановолокнистая структура из ПВС растворяется практически мгновенно.

Известно, что нановолокнистые пленки не обладают выраженным сорбционным эффектом, что накладывает определенные ограничения при использовании их в качестве раневых покрытий. В связи с этим, важное значение в процессе разработки перевязочного сорбирующего материала с нановолокнистым покрытием приобретает выбор сорбирующей подложки для нанесения нановолокнистого слоя.

Современные сорбирующие средства на основе нетканых материалов находят широкое применение в медицине, гигиене и текстильной промышленности благодаря их высокой проницаемости, гибкости и возможностям функциональной модификации. Одним из таких материалов является спанлейс – нетканый материал, получаемый методом гидроскреплания, отличающийся высокой прочностью и мягкостью, сорбирующими свойствами, а также относительно невысокой стоимостью и широкой доступностью. Однако его влагопоглощающие свойства ограничены, что является существенным недостатком при необходимости лечения высокоэкссудативных гнойных ран.

Известны различные способы повышения сорбционных свойств материалов (Седанова и др., 2025): модификация поверхности, использование композитных материалов, регулирование гидрофильности/гидрофоб-ности.

В рамках исследования был выбран метод повышения гидрофильности материала спанлейс посредством предварительной пропитки 1,5 % водным раствором альгината натрия. Альгинат натрия – природный полисахарид, обладающий высокой гидрофильностью и способностью к гелеобразованию, что делает его перспективным модификатором для улучшения водоудерживающих свойств подложек (Григорьян и др., 2022).

Наработка нановолокнистых раневых покрытий осуществлялось на установке Fluidnatek LE-50 с использованием специально разработанной прядильной головки (эмиттера), обеспечивающей стабильный процесс электроформования при расстоянии между эмиттером и коллектором, равном 6 см, что существенно меньше значения, устанавливаемого в случае применения стандартной прядильной головки. Предыдущие исследования показали, что уменьшение расстояния между прядильными электродами приводит к повышению диаметра нановолокон, что способствует снижению скорости биодеградации (Рыклин и др., 2024b]. При этом модифицированная сорбирующая подложка закреплялась на прядильном барабане (коллекторе), на который подавался отрицательный потенциал, а через прядильную головку подавался волокнообразующий раствор на основе хитозана с добавлением ПВС. После формования полученные образцы сушились в сухожаровом шкафу при температуре 40 градусов в течение 60 минут для удаления остатков уксусной кислоты в материале.

Особенности структуры получаемых нановолокни-стых покрытий изучались на основе анализа изображений, полученных с использованием сканирующего электронного микроскопа LEO 1420 (Сarl Zeiss, Германия).

Для оценки эффективности применения сорбирующих материалов с нановолокнистыми покрытиями проведено исследование процессов регенерации полнослойных кожных ран у 16 половозрелых нелинейных белых крыс в возрасте 4–5 месяцев, массой 180–230 грамм, полученных из вивария УО «Гродненский государственный медицинский университет».

Моделирование экспериментальной первичноконтаминированной кожной раны у лабораторных крыс осуществлялось в условиях операционной с соблюдением правил обезболивания, асептики и антисептики. Под эфирным наркозом по закрытому контуру на спине животных в межлопаточной области по вертебральной линии выщипывался подшерсток, выбривалась шерсть. После обработки области манипуляции дважды антисептиком «Септоцид» в данной зоне маркировали и формировали экспериментальную кожную рану с подшиванием предварительно простерилизованной предохранительной камеры с целью предотвращения контракции раневого дефекта.

Через 3 суток после операции происходило формирование первично-контаминированной раны за счет биоценоза условий нахождения крысы в условиях вивария. В дальнейшем для лечения первично-контаминированных ран (через 3 суток) у 11 крыс опытной группы накладывали на раны разработанные образцы медицинских изделий, содержащих пропитанный альгинатом натрия сорбирующий слой из нановолокни-стого покрытия из хитозана и поливинилового спирта (хитозан-альгинатные раневые покрытия). У 5 крыс контрольной группы на раны накладывали повязку с водорастворимой мазью «Меколь». Данный препарат наиболее часто применяется в хирургической практике при лечении гнойных ран. Крыс выводили из эксперимента на 3-и, 7-е и 11-е сутки посредством передозировки эфирного наркоза.

Осуществлялись планиметрические исследования – во время перевязок и в дни вывода из эксперимента кожные раны фотографировали с помощью цифровой фотокамеры, а полученные изображения изучали с помощью компьютерного анализатора изображения для измерения общей площади раны, площади зоны эпи-телизации и площади открытой, неэпителизированной части раны.

После выведения животных из эксперимента производили в области кожной раны забор кусочков кожи с последующим приготовлением препаратов для гистологических исследований – иссекали участки ран и прилежащих тканей с последующей подготовкой гистологических препаратов. Оценивали клеточный состав раны и покрывающего её новообразованного эпителия, состояние подлежащей соединительной и мышечной тканей, выраженность перифокальных воспалитель- ных изменений. Изучение гистологических препаратов проводилось с помощью исследовательского микроскопа Axioscop 2 plus (Zeiss, Германия) (при увеличениях 25–900 крат) с цифровой видеокамерой DFC320 (Leica, Германия) и программы компьютерного анализа изображения ImageWarp (Bit Flow, США).

Исследования заживляющих свойств сорбирующих раневых нановолокнистых покрытий были выполнены в условиях разработанной адекватной анестезии под эфирным наркозом по закрытому контуру с разрешения Этического комитета УО «Гродненский государственный медицинский университет», а также в соответствии с «Европейской Конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях».

Результаты исследований

С целью разработки оптимального состава прядильного раствора данное исследование фокусировалось на подборе минимально необходимого количества добавки ПВС для стабилизации процесса электроформования без ухудшения эффективности его медицинских свойств хитозана. При этом особое внимание уделялось контролю вязкости прядильного раствора с целью беспрепятственного прохождения его через иглу эммитера установки.

Разработка состава прядильного раствора осуществлялась на основе требований к его динамической вязкости и результатах предварительных экспериментов. В литературе отмечается, что для получения нановолокон методом электроформования обычно используются растворы полимеров с весовой концентрацией до 20 % и динамической вязкостью от 50 до 1000 мПа·с (Демидова и др., 2025).

Ранее было установлено, что процесс электроформования волокон из растворов на основе хитозана с добавлением ПВС затруднялся при динамической вязкости более 250 мПа·с. Также при определении рационального состава раствора был учтен тот факт, что эффективность процесса повышается с увеличением содержания в растворе поливинилового спирта и уксусной кислоты [Рыклин и др., 2025].

Концентрация ПВС выбиралась экспериментальным путем на основе анализа стабильности процесса электроформования.

Предварительные исследования показали, что содержание в прядильном растворе 9,6 % хитозана и 1 % ПВС не является приемлемым, процесс электроформо- вания волокон из такого раствора протекал недостаточно стабильно, что не приводило к формированию четко структурированной нановолокнистой структуры материала. При увеличении содержания ПВС в 2 раза процесс стабилизировался.

Разработанная технология получения прядильного раствора для нанесения нановолокнистого раневого покрытия состоит из следующих этапов:

• 1.    Приготовление 12 % раствора хитозана: растворение хитозана в 80 % растворе уксусной кислоты при комнатной температуре с периодическим перемешиванием до его полного растворения.

• 2.    Приготовление водного 10 % раствора ПВС на водяной бане при температуре 60–70 градусов в течении 30 минут с постоянным перемешиванием.

• 3.    Смешивание растворов хитозана и ПВС в соотношении 4 : 1.

В результате исследований были определены рациональные режимы электроформования для получения перевязочного сорбирующего материала с наново-локнистым покрытием (таблица 1). Установлено, что при использовании разработанного состава раствора, процесс электроформования остается стабильным, с наличием незначительных допустимых колебаний конуса Тейлора (в пределах 0.5–1 см).

Изображения структуры нановолокнистых материалов, полученные методом сканирующей электронной микроскопии, представлены на рисунке 1.

Разработанные образцы сорбирующих раневых на-новолокнистых покрытий отличались визуальной равномерностью нанесения покрытия, имели белый цвет и обладали тактильной гладкостью, не теряли и не изменяли своей структурной целостности при сгибании. Использованная при получении образцов модифицированная сорбирующая подложка не оказывала негативного влияния на протекание процесса электроформования, снятие нановолокнистого покрытия с прядильного барабана, а также не отслаивалась от полимерного слоя при использовании сорбирующего раневого покрытия по назначению.

Анализ изображений структуры образцов, полученных при помощи электронной микроскопии, показал, что полученные материалы отличались равномерностью нанесения нановолокон. Отсутствие существенного количества дефектов свидетельствует о стабильности процесса электроформования, оптимально подобранном составе прядильного раствора из хитозана с добавлением ПВС, а также о рациональности предлагаемых режимов процесса.

Результаты макроскопического исследования кожных ран у контрольных животных показали, что через 1 сутки размеры раны существенно не отличались от исходной, а через 3 суток начинали уменьшаться в обеих группах. Однако после пятых суток прослеживалась статистически значимая динамика уменьшения ран в опытной группе по сравнению с контрольной. Так, в процентном соотношении заживление ран на 5-е, 7-е и 11-е

Таблица 1 – Состав прядильного раствора и параметры процесса электроформования

Table 1 – Composition of the spinning solution and parameters of the electrospinning process

Наименование параметра	Значение параметра
Состав прядильного раствора:
– хитозан	9,6 %
– ПВС	2,0 %
– уксусная кислота	56,3 %
– вода	32,1 %
Состав нановолокнистого покрытия:
– хитозан	82,8 %,
– ПВС	17,2 %
Расход, мл/ч	0,9
Потенциал эмиттера, кВ	20
Потенциал коллектора, кВ	-6

Рисунок 1 – Структура нановолокнистого покрытия Figure 1 – Structure of the nanofibrous coating

сутки в группе животных с применением хитозан-альгинатных повязок составляло 48,6 ± 2,6 %, 32,1 ± 4,1 % и 0,4 ± 0,1 %, а в контрольной группе 63,6 ± 3,9 %, 47,2 ± 5,6 % и 18,5 ± 0,7 % соответственно. Динамика заживления ран в исследуемых группах после операции представлена на рисунке 2.

На 11-е сутки у животных обеих групп детрит не обнаружен. У крыс контрольной группы рана очистилась, но не эпителизировалась (незажившая часть составляет 18,5 ± 0,7 %). В ране обнаружена созревающая грануляционная ткань с наличием как редуцированных, так и нередуцированных сосудов, слабо выраженная клеточная инфильтрация, представленная преимущественно фибробластами и фиброцитами, а также отмечается разрастание рыхлой соединительной ткани.

В аналогичный срок у крыс опытной группы раневой дефект резко уменьшился в размерах и практически зажил, составляя 0,4 ± 0,1 %. В дне раны определяется созревшая неспецифическая грануляционная ткань с наличием редуцированных сосудов и скудной клеточной инфильтрацией с преобладанием фибробластов и фиброцитов, а также разрастание рыхлой соединительной ткани. В краях раны со всех сторон определяются при- знаки регенерации эпителия с тенденцией к полному закрытию раневого дефекта.

Данные гистологических исследований свидетельствуют об ускоренной эпителизации первично-контаминированных кожных ран при применении хитозан-альгинатных раневых покрытий. Это подтверждается ускоренной эпителизацией раневой поверхности, формированием более мощного пласта эпидермиса, установлением его более тесных связей с формирующейся дермой, ускоренным развитием дермы, меньшей выраженностью воспалительных процессов в ране.

Выводы

В рамках исследования был разработан сорбирующий материал с нановолокнистым покрытием для использования в медицине. В качестве волокнообразующего полимера был выбран хитозан, что обусловлено его уникальными ранозаживляющими свойствами, в роли стабилизирующего полимера – поливиниловый спирт.

Предложена технология получения бикомпонентного прядильного раствора для нанесения нановолокнистого раневого покрытия, а также рациональные режимы его наработки, обеспечивающие стабильность протекания

Рисунок 2 – Коробчатые диаграммы заживления ран в опытной и контрольной группах (временные срезы, в процентах)

Figure 2 – Box plots of wound healing in the experimental and control groups (temporal cross-section, in percentages)

процесса электроформования.

В роли подложки для получения перевязочного сорбирующего материала с нановолокнистым покрытием был выбран нетканый материал спанлейс, для повышения сорбционных свойств которого предложена пропитка раствором альгината натрия.

Анализ изображений микроструктуры образцов показал, что полученные материалы отличались равномерностью нанесения нановолокон и их хаотичной структурой с наличием небольших дефектов, что свиде- тельствует об эффективности предлагаемой технологии получения нановолокнистого раневого покрытия.

Исследования заживляющих свойств сорбирующих раневых нановолокнистых покрытий, проведенные на основании изучения процессов регенерации полнослойных кожных ран половозрелых нелинейных белых крыс, показали достоверно статистически значимое ускорение заживления экспериментальных кожных ран при использовании разработанных раневых покрытий, что подтверждается рядом значимых признаков.