Представьте себе крем для кожи, который заживляет повреждения, возникающие в течение дня, когда ваша кожа подвергается воздействию солнечных лучей или токсинов окружающей среды. Таков потенциал синтетического биомиметического меланина, разработанного учеными Северо-Западного университета.
В новом исследовании ученые показывают, что их синтетический меланин, имитирующий естественный меланин в коже человека, можно наносить местно на поврежденную кожу, где он ускоряет заживление ран. Эти эффекты проявляются как в самой коже, так и в организме в целом.
По словам ученых, при нанесении в виде крема синтетический меланин может защитить кожу от воздействия солнца и заживляет кожу, поврежденную солнечными лучами или химическими ожогами. Технология работает за счет удаления свободных радикалов, которые образуются при повреждении кожи, например, при солнечном ожоге. Оставленная без контроля активность свободных радикалов повреждает клетки и в конечном итоге может привести к старению кожи и раку кожи.
Меланин у людей и животных обеспечивает пигментацию кожи, глаз и волос. Это вещество защищает ваши клетки от повреждения солнцем, усиливая пигментацию в ответ на воздействие солнечного света — процесс, обычно называемый загаром. Этот же пигмент в вашей коже естественным образом поглощает свободные радикалы в ответ на вредное загрязнение окружающей среды промышленными источниками и автомобильными выхлопными газами.
«Люди не думают о своей повседневной жизни как о травме своей кожи», — говорит соавтор исследования доктор Курт Лу, профессор дерматологии Юджина и Глории Бауэр в Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета и дерматолог Северо-Западной медицины. «Если вы каждый день ходите с открытым лицом по солнцу, вы подвергаетесь постоянной бомбардировке ультрафиолетом низкой интенсивности. Ситуация усугубляется в пиковые часы в середине дня и в летний сезон. Мы знаем, что кожа, подверженная воздействию солнца, стареет по сравнению с кожей, защищенной одеждой, которая почти не показывает возраст».
Кожа также стареет из-за хронологического старения и внешних факторов окружающей среды, включая загрязнение окружающей среды.
«Все эти вредные воздействия на кожу приводят к образованию свободных радикалов, которые вызывают воспаление и разрушают коллаген», — сказал Лу. «Это одна из причин, по которой старая кожа выглядит совсем не так, как молодая».
Когда ученые создали синтетические наночастицы, модифицированные меланином, они модифицировали структуру меланина, чтобы он обладал более высокой способностью поглощать свободные радикалы.
«Синтетический меланин способен поглощать больше радикалов на грамм по сравнению с человеческим меланином», — сказал соавтор Натан Джаннески, профессор химии, материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и фармакологии Северо-Западного университета имени Джейкоба и Розалин Кон. «Это как супермеланин. Он биосовместим, разлагаем, нетоксичен и прозрачен при втирании в кожу. В наших исследованиях он действует как эффективная губка, удаляя повреждающие факторы и защищая кожу».
После нанесения на кожу меланин остается на поверхности и не впитывается в нижележащие слои.
«Синтетический меланин стабилизирует кожу и направляет ее на путь заживления, который мы наблюдаем как в верхних слоях, так и по всему телу», — сказал Джаннески.
Переход к новой теории
Ученые, которые изучают меланин уже почти 10 лет, впервые протестировали свой синтетический меланин в качестве солнцезащитного крема.
«Это защитило кожу и кожные клетки от повреждений», — сказал Джаннески. «Затем мы задались вопросом, можно ли наносить синтетический меланин, который в основном поглощает радикалы, местно после повреждения кожи и оказывать заживляющее действие на кожу? Оказывается, это работает именно так».
Лу предполагает, что крем с синтетическим меланином будет использоваться в качестве усилителя солнцезащитного крема для дополнительной защиты и в качестве усилителя увлажняющего крема, способствующего восстановлению кожи.
«Вы могли бы надеть его перед выходом на солнце и после того, как побывали на солнце», — сказал Лу. «В обоих случаях мы показали уменьшение повреждений кожи и воспалений. Вы защищаете кожу и восстанавливаете ее одновременно. Это непрерывное восстановление».
Крем также потенциально можно использовать для лечения волдырей и открытых ран, сказал Лу.
Крем для наружного применения успокаивает иммунную систему
Джаннески и Лу обнаружили, что синтетический крем с меланином, поглощая свободные радикалы после травмы, успокаивает иммунную систему. Роговой слой, наружный слой зрелых клеток кожи, сообщается с нижележащим эпидермисом. Это поверхностный слой, принимающий сигналы от организма и из внешнего мира. Успокаивая разрушительное воспаление на этой поверхности, организм может начать заживление вместо того, чтобы становиться еще более воспаленным.
«Эпидермис и верхние слои находятся в контакте со всем телом», — сказал Лу. «Это означает, что стабилизация этих верхних слоев может привести к процессу активного заживления».
Как прошел эксперимент
Ученые использовали химическое вещество, чтобы вызвать реакцию образования пузырей на образце ткани кожи человека в чашке. Волдыри появились в результате отделения верхних слоев кожи друг от друга.
Они подождали несколько часов, затем нанесли свой местный крем с меланином на поврежденную кожу. В течение первых нескольких дней крем способствовал иммунному ответу, сначала помогая собственным ферментам кожи, уничтожающим радикалы, восстановиться, а затем останавливая выработку воспалительных белков. Это инициировало каскад реакций, в ходе которых они наблюдали значительно увеличенные темпы заживления. Это включало сохранение здоровых слоев кожи под ними. В образцах, которые не были обработаны кремом с меланином, образование пузырей сохранялось.
«Эффект лечения заключается в том, что кожа включается в цикл заживления и восстановления, управляемый иммунной системой», — сказал Лу.
Меланин может защитить людей от токсинов, включая нервно-паралитический газ
Джаннески и Лу изучают меланин в рамках исследовательских программ, финансируемых Министерством обороны США (DOD) и Национальными институтами здравоохранения (NIH). Это включало в себя рассмотрение меланина в качестве красителя для одежды, который также действовал бы как абсорбент токсинов в окружающей среде, особенно нервно-паралитического газа. Они показали, что могут покрасить военную форму в черный цвет с помощью меланина и что она поглотит нервно-паралитический газ.
Меланин также поглощает тяжелые металлы и токсины. «Хотя он может действовать таким образом естественным образом, мы разработали его для оптимизации поглощения этих токсичных молекул с помощью нашей синтетической версии», — сказал Джаннески.
Ученые проводят клинический перевод и испытания, проверяющие эффективность синтетического меланинового крема. На начальном этапе ученые недавно завершили исследование, показавшее, что синтетические меланины не вызывают раздражения кожи человека.
Учитывая их наблюдение о том, что меланин защищает биологические ткани от высокоэнергетического излучения, они предполагают, что это может быть эффективным средством лечения ожогов кожи в результате радиационного воздействия.
Многообещающая работа вполне может в будущем предоставить варианты лечения онкологическим больным, проходящим лучевую терапию.