Когда солдат получает травму глаза на поле боя, любая задержка в лечении может привести к потере зрения. Если госпиталь с соответствующим оборудованием находится далеко, медикам приходится вступать в гонку со временем.
Многопрофильная команда ученых и инженеров в Калифорнии близка к решению проблемы. Они разработали обратимую, чувствительную к температуре временную пломбу, которая меняет состояние от жидкого к твердому при нанесении на глаз. Когда пациент готов к операции, врачи могут удалить пломбу, добавив прохладную воду.
Результаты исследования были опубликованы в Science Translational Medicine.
«Если вы посмотрите на исторические данные за последние несколько десятилетий, темпы окулярных травм, связанных с войной, неуклонно увеличиваются с долей процента до 10-15 процентов. Некоторые из них могут быть связаны с изменениями в военных действиях, особенно с использованием самодельных взрывных устройств, — говорит соавтор Джон Уэйлен, доцент кафедры исследований офтальмологии в медицинском центре USC Roski Eye Institute и сотрудник Калифорнийского института биомедицинской терапии. — Когда министерство обороны попросило научное сообщество разработать новые подходы к лечению глазных повреждений, мы сразу же подумали о передовом материале, с которым мы ранее работали в качестве возможного клея для имплантата сетчатки».
Ученые разработали инъецируемый, термочувствительный герметик (TRS) и специальный инструмент для закрытия открытых повреждений глазного яблока. Умный гидрогелевый герметик состоит из физически сшитого N-изопропилакриламида, сополимеризованного с бутилакрилатом. При низких температурах его можно вводить в виде жидкости, а при повышении температуры до температуры тела гелеобразование, индуцированное теплом, превращает гидрогель в затвердевшую окклюзию. Герметик можно перемещать или удалять, не вызывая дополнительной травмы, при помощи холодной воды.
Оценка in vitro и ex vivo механической адгезии к тканям глаза выявила поддержание внутриглазного давления, которое в пять раз превышает физиологический предел, с прочностью обратимой пломбы, сравнимой с цианакрилатом (суперклеем). Оценка in vivo в кроличьей модели окулярной травмы показала простоту использования для развертывания TRS, статистически значимое улучшение изоляции раны и отсутствие признаков нейротоксичности, деградации ткани сетчатки или значительного хронического воспалительного ответа после 30 дней воздействия. Учитывая преимущества гелеобразования, вызванного теплом тела, быстрой обратимой окклюзии и безопасности и эффективности in vivo, адаптируемые к форме TRS обладают трансляционным потенциалом в качестве умных раневых герметиков для временной окклюзии хирургических разрезов или травматических повреждений.
Исследовательская группа также разработала специальный шприц для гидрогеля, который будет прост в использовании на передовых и способен быстро охлаждать гидрогель перед применением. Шприц имеет охлаждающую камеру, заполненную кристаллами нитрата аммония кальция. Добавляя воду в камеру, кристаллы активируют и охлаждают гидрогель до рабочих температур в течение 30 секунд.
«Мы смогли оптимизировать устройство доставки, чтобы оно не только быстро охлаждало гидрогель, но и удерживало его при этой температуре, предоставляя пользователям 10-минутное окно, чтобы заполнить повреждение в глазу», — говорит Уэйлен.
«Это временное вмешательство может сократить время оказания помощи с 30 минут или больше, более чем на пять минут, высвобождая драгоценное время», — говорит главный исследователь Марк Хумайн, профессор университета офтальмологии и содиректор USC Roski Eye Institute, директор Института биомедицинской терапии USC.
Уэйлен предполагает заявки на гидрогель, выходящие за пределы поля боя. По его мнению, он может быть полезен при массовых несчастных случаях, а также в сельских районах, где поблизости нет офтальмологического центра с соответствующим микрохирургическим оборудованием. Возможно, с его помощью можно будет даже временно подлечить огнестрельные ранения.