Zdravotnické prostředky NanoEco – popis a uplatnění v klinické praxi

Úvod

Obvazy a krycí materiál jsou základní prostředky používané při ošetřování kožních ran všech rozměrů a hloubky. Dle druhu krytí je jejich použití indikováno od prvního kontaktu s poraněným pacientem v rámci předlékařské péče a laické první pomoci až po krytí primárně sterilních ran po chirurgických zákrocích. Klasické obvazy a komprese jsou vyráběny z gázy nebo v modernější podobě z netkaných textilií a mají své místo jak v rámci první pomoci, tak i při léčbě komplikovaných a chronických ran, i když v této indikaci spíše k fixování jiných krycích a aktivních materiálů určených pro vlhkou terapii nebo jinou léčbu chronických ran (přiložených přímo na ráně). Hlavní funkcí krytí v předlékařské i nemocniční péči je vytvoření bariéry mezi ranou a okolním prostředím, čímž brání průniku nečistot a bakterií do rány a také fixace poraněné části těla a rány samotné, případně fixace dalšího materiálu na ráně.

Běžně používané krycí materiály jsou díky svým vlastnostem vhodné pro daný účel použití, nicméně v současné době není na trhu takový materiál, který by splňoval všechny vlastnosti, které by byly v rámci klinické praxe ideální. „Ideální“ krycí materiál by měl splňovat tyto vlastnosti:

  • Pevnost a stabilita materiálu bez uvolňování komponent materiálu do rány
  • Naprostá bariéra pro prostup bakterií a virů
  • Vysoká biokompatibilita (netoxický a nekarcinogenní, včetně rozpadových produktů)
  • Propustnost pro kyslík
  • Propustnost pro tekutiny (odvod exsudátu z rány)
  • Snadné odstranění z rány bez její traumatizace (bez přisychání)
  • Snadná manipulace a aplikace
  • Snadná a ekologická likvidace
  • Dostupná cena

Každý z typů běžně používaného krycího materiálu v sobě kombinuje několik z výše uvedených vlastností, ale žádný materiál nesplňuje všechny. Na dvou opačných koncích spektra stojí klasické krytí z gázy nebo netkané textilie a fóliové krytí (např. incizní fólie).

Krytí z gázy nebo textilie je dostupné, levné a snadno aplikovatelné, je pevné a stabilní a netvoří bariéru pro prostup tekutin. Na druhou stranu toto krytí není bariérou pro prostup bakterií a virů, takže je třeba ho pravidelně měnit a při delším použití může dojít k prostupu bakterií nebo virů a infikování rány. Druhou nevýhodou je snadné přisychání těchto materiálů do rány a nutnost zvlhčování před odstraněním, po kterém i tak dochází k traumatizaci rány a granulační tkáně.

Krytí z fólie z umělé hmoty jsou v podstatě opakem textilního krytí, jsou plnou bariérou pro prostup bakterií a virů a nedochází u nich k přisychání, takže i odstraňování je jednodušší, ale zároveň tvoří bariéru i pro tekutiny a prostup kyslíku je také omezen. Tím pádem může dojít k hromadění tekutiny v ráně, odchlípení fólie nebo ke zvýšení tlaku na ránu a zpomalení hojení. Také cena těchto materiálů je v porovnání s textilním krytím výrazně vyšší (hlavně např. u moderního krytí využívajícího nepřilnavou teflonovou vrstvu).

Možnou cestou k vytvoření krytí, které by se co nejvíce přiblížilo k „ideálnímu“ krytí ran je využití nanotechnologií, které v dnešní době již umožňují zpracovávat i materiály, které jsou známé a dlouho používané v ne-nano formě, a které pomocí zpracování do této formy získávají nové vlastnosti. Jedním z takových materiálů je polyvinylalkohol (PVA). Firma BIOOLNANO s.r.o. dokázala díky využití přístroje zvaného Nanospider™ (NS 8S160U) vytvořit nanovlákna z PVA, která kombinují nové vlastnosti nanomateriálu (nepropustnost pro bakterie a viry) a původní vlastnosti materiálu v ne-nano formě (rozpustnost, biokompatibilita). Kombinací netkané textilie (také vyrobené z PVA) a nano vláknité formy PVA vznikla série zdravotnických prostředků určených pro krytí ran – NanoEco.

Krytí NanoEco

Zdravotnické prostředky značky NanoEco jsou krycí materiály určené pro předlékařské ošetření akutních ran a jsou určeny jak pro laickou veřejnost, tak pro zdravotníky v rámci přednemocniční péče (ve sterilní podobě i pro použití v rámci nemocniční péče). Krytí je vyrobeno z PVA (polyvinylalkohol), což je sloučenina běžně používaná v lékařství již mnoho let (79 % jako obal table a kapslí, 10 % jako oční kapky, 5 % transdermální aplikace léčiv a 3 % jako implantáty) (1). Je to materiál s velmi dobrou biokompatibilitou, rozpustný ve vodě, schopný bobtnat a je zcela biodegradabilní (rozkládá se na vodu a CO2). Samotné krytí NanoEco je tvořeno ze dvou vrstev – první je vrstva PVA ve formě netkané textilie a na ni je nanesena vrstva polymerních vláken PVA (vlákna o tloušťce 150 – 300 nm). Tato polymerní vrstva tvoří velmi jemnou prostorovou síť (obr. 1), která je volně propustná pro kyslík a vodu, ale bezpečně zabrání průniku bakterií a většiny virů (velikost virů se pohybuje v rozmezí od 20 nm po 300 nm). Tímto je výrazně zlepšena první hlavní funkce oproti běžnému obvazu – zábrana kontaminace a infekce rány (Obr. 2).

Obr. 1 – Struktura prostorové sítě z polymerních vláken PVA

Obr. 2 – schéma funkce kombinovaného krytí (netkaná textilie a nanovlákna z PVA)

Druhou zásadní vlastností PVA materiálu při ošetřování ran je jeho rozpustnost ve vodě. Vrstva netkané textilie i vláken je plně rozpustná ve vodě o dané teplotě. Tato teplota se dá ovlivnit při výrobě materiálu a „nastavit“ na požadovanou hranici, v případě materiálů pro krytí ran je to 40ºC, což je více než tělesná teplota, takže nedochází k rozpouštění v ráně. Tato teplota odpovídá vlažné vodě, což umožní snadné a velmi šetrné odstranění obvazu z rány při převazu oplachem touto vlažnou vodou. Tím je zamezeno přischnutí obvazu v ráně a další traumatizace při odstraňování obvazu. Dle množství použité vody krytí buď zgelovatí, nebo se úplně rozpustí. Prostorová síť vláken a schopnost PVA materiálu bobtnat také umožňuje záchyt případného exsudátu z rány.

Možnost kompletního rozpuštění materiálu také umožňuje jeho ekologickou likvidaci pomocí kompletního rozpuštění ve vodě (např. v macerátoru nebo i v běžné pračce), bez nutnosti skladování, svozu a likvidace biologického materiálu, jako je tomu u klasického krytí z textilie.

Technická data

Parametry testovány laboratoří Technické univerzity v Liberci

Tlakový spád:

Počáteční tlakový spád pro průtok 30 l/min 31 Pa

Počáteční tlakový spád pro průtok 95 l/min 100 Pa

Počáteční tlakový spád pro průtok 160 l/min 171 Pa

Záchyt částic (parafinový olej)

Účinnost záchytu částic o velikosti 0,6 µm 86,36 %

Účinnost záchytu částic o velikosti 3 µm 98 %

Testování bylo prováděno podle norem EN 149:2001 a EN 14683:2019. Chyba měření filtrační účinnosti je 0,2 % z rozsahu měření, chyba měření tlakového spádu je 6 % z rozsahu pro rozsah 0 až 100 Pa a 4 % z rozsahu pro rozsah 100 až 500 Pa.

Bylo použito testovací zařízení MFP 1000 HEPA (Palas GmbH)

Parametry testovány laboratoří ALS Czech Republic, s.r.o.

Extrahované kovy všechny výsledky pod měřitelnou hranici (mg/kg sušiny)

BTEX všechny výsledky pod 0.325 mg/kg sušiny

Halogenové těkavé organické sloučeniny všechny výsledky pod 0.39 mg/kg sušiny

Nehalogenové těkavé organické sloučeniny všechny výsledky pod 2,9 mg/kg sušiny

Analytické metody: S-DRY-GRCI, S-METAXHB1, S-VOCGMS01.

Klinické testování 

Moderní technologie k výrobě krytí ran jsou používány i v jiných zařízeních a zkušenosti s těmito novými materiály a přístupy byly testovány v klinické praxi a publikovány v dostupné literatuře. Zde jsou informace z literární rešerše zdrojů, které popisují materiály nejvíce podobné zdravotnickým prostředkům NanoEco. V první zmíněné studii porovnává Yadav et al. (2) dva typy krytí vytvořeného z nanovláken obdobnou metodou jako NanoEco-Kryt, jedná se o methylcelulózu a PVA v jedno i vícevrstevném provedení, závěr studie je, že oba typy krytí vedly k urychlení hojení rány a mají potenciál k samostatnému použití jako krytí akutních ran, jsou bezpečné, biokompatibilní, biodegradabilní a netoxické. V dalších studiích (Song et al., LV et al., Aydin et al., Arab et al., Kovtun et al., Massareli et al.) (3–8) byla testována kombinace prostorové sítě nanovláken PVA v kombinaci s různými anti-mikrobiálními prostředky (stříbro, amoxicilin, kyselina salicylová, kyselina ursolová, chlorhexidin), výsledek byl ve všech studiích obdobný – samotná nano vlákenná forma krytí z PVA (případně v kombinaci např. s chitosanem) tvoří účinnou bariéru infikování rány. Kombinace s různými anti-mikrobiálními prostředky tuto funkci ještě výrazně zvyšuje. Ve všech studiích byla krytí z tohoto materiálu vyhodnocena jako bezpečná, biokompatibilní a účinná.

V literatuře zabývající se léčbou ran (jak akutních, tak chronických) je stále častěji zmiňována potřeba zapojení nových technologií (8–12), které vedou rychlejší a účinnější léčbě ran a i navzdory mnohdy vyšší ceně těchto nových prostředků v porovnání s klasickým krytím je urychlení léčby cost-efektivní a vede k rychlejšímu zlepšení stavu pacienta jak po fyzické, tak po psychické stránce (11).

Zhodnocení rizika a přínosu (Risk/Benefit)

Zdravotnické prostředky NanoEco přichází do styku s intaktní i poraněnou kůží a je tedy možné způsobení podráždění v místě aplikace nebo alergické reakce. Vzhledem k výše popsaným literárním zdrojům je však materiál PVA obecně považován za bezpečný a biokompatibilní a oficiální nežádoucí účinky nejsou známé. Existuje podezření, že po perorálním požití může docházet ke kumulaci ve střevních uzlinách po dobu několika měsíců. Při použití zdravotnického prostředku v souladu se zamýšleným způsobem použití k jeho perorální konzumaci nedochází a toto riziko je tedy irelevantní.

Evropský úřad pro bezpečnost potravin (EFSA) vyhodnotil, že PVA není mutagenní ani genotoxický, neexistují rovněž žádné důkazy jeho karcinogenní aktivity.

Na základě zhodnocení dostupné literatury lze předpokládat velmi dobrou biokompatibilitu materiálu PVA a díky jeho zpracování do formy netkané textilie s vrstvou nano vláken lze zároveň očekávat lepší bariérovou funkci a zabránění infikování rány z okolního prostředí ve srovnání s klasickými materiály z textilie.

Závěr

Provedené klinické hodnocení materiálu NanoEco jasně ukazuje bezpečnost materiálu vyrobeného z PVA při ošetření akutních ran, PVA je materiál velmi dobře snášený jak při perorálním užití, tak lokálně, není toxický ani karcinogenní. Úprava PVA do podoby nanovláken navíc vytváří tak jemnou prostorovou síť, přes kterou se nedostanou bakterie ani většina virů, čímž je zajištěna velmi vysoká bariérová schopnost tohoto materiálu při zachování propustnosti pro kyslík a tekutiny. Při srovnání zdravotnických prostředků NanoEco s „ideálním“ krycím materiálem z úvodu tohoto textu získáme takřka srovnatelné výsledky:

    • Pevnost a stabilita materiálu bez uvolňování komponent materiálu do rány
  • NanoEco je při dané teplotě zcela stabilní, nano částice se neuvolňují do rány a materiál splňuje pevnost pro použití jako obvazový materiál
    • Naprostá bariéra pro prostup bakterií a virů
  • NanoEco zamezuje průniku bakterií a většiny virů (účinnost záchytu částic o velikosti 0,6 µm je 86,36 %)
    • Vysoká biokompatibilita (netoxický a nekarcinogenní, včetně rozpadových produktů)
  • Dle dostupných informací je PVA netoxický, nekarcinogenní a rozpadá se na vodu a CO2 (bez zbytkových produktů), což jsou obojí látky tělu vlastní.
    • Propustnost pro kyslík
  • NanoEco materiál je plně propustný pro molekuly kyslíku
    • Propustnost pro tekutiny (odvod exsudátu z rány)
  • NanoEco materiál je propustný pro tekutiny jako běžné netkané textilie
    • Snadné odstranění z rány bez její traumatizace (bez přisychání)
  • Po oplachu vlažnou vodou dochází (dle množství vody) ke zgelovatění nebo úplnému rozpuštění materiálu (rozpad na vodu a CO2) a jeho odplavení z rány, bez traumatizace rány a granulační tkáně
    • Snadná manipulace a aplikace
  • NanoEco materiál je z pohledu manipulace stejný jako jiné materiály z netkané textilie, není vyžadována žádná speciální manipulace.
    • Snadná a ekologická likvidace
  • Na rozdíl od klasických krycích materiálů je možné prostředky NanoEco likvidovat i kompletním rozpuštěním (např. v macerátoru nebo pračce) a tak zajistit ekologickou likvidaci.
    • Dostupná cena
  • Prodejní cena zdravotnických prostředků NanoEco je obdobná jako u běžného krycího materiálu daného typu.

Zdravotnické prostředky ze série NanoEco jsou bezpečné, efektivní ve svém účelu použití, ekologické a ekonomicky výhodné a jednoduché pro použití jak koncovým zákazníkem (např. v běžné domácí lékárničce nebo autolékárničce), tak jako prostředky pro použití ve zdravotnických zařízeních a při lékařském ošetření ran. Výše uvedené teoretické srovnání naznačuje, že materiál NanoEco v sobě kombinuje ve vysoké míře všechny vlastnosti uvedené pro „ideální“ krytí ran a tyto zdravotnické prostředky by měly tedy být teoreticky stejně bezpečné a zároveň výrazně účinnější, než běžně používané krycí materiály. Tento závěr je však zatím teoretický a je třeba ho potvrdit v rámci klinické praxe a klinické zkoušky zdravotnických prostředků série NanoEco, která je v plánu v průběhu let 2025/2026.

 

Literatura

  1. Baker MI, Walsh SP, Schwartz Z, Boyan BD. A review of polyvinyl alcohol and its uses in cartilage and orthopedic applications. J Biomed Mater Res PART B-Appl Biomater. červenec 2012;100B(5):1451–7.
  2. Yadav BK, Solanki N, Patel G. Electrospun nanofibers as advanced wound dressing materials: comparative analysis of single-layered and multilayered nanofibers containing polycaprolactone, methylcellulose, and polyvinyl alcohol. J Biomater Sci-Polym Ed. 12. duben 2024;35(6):869–79.
  3. Aydin A, Ulag S, Sahin A, Aksu B, Gunduz O, Ustundag CB, et al. Biocompatible polyvinyl alcohol nanofibers loaded with amoxicillin and salicylic acid to prevent wound infections. Biomed Mater. 1. září 2023;18(5):055029.
  4. Lv H, Zhao M, Li Y, Li K, Chen S, Zhao W, et al. Electrospun Chitosan-Polyvinyl Alcohol Nanofiber Dressings Loaded with Bioactive Ursolic Acid Promoting Diabetic Wound Healing. NANOMATERIALS. září 2022;12(17):2933.
  5. Arab M, Jallab M, Ghaffari M, Moghbelli E, Saeb MR. Synthesis, rheological characterization, and antibacterial activity of polyvinyl alcohol (PVA)/zinc oxide nanoparticles wound dressing, achieved under electron beam irradiation. Iran Polym J. říjen 2021;30(10):1019–28.
  6. Song S, Liu Z, Abubaker MA, Ding L, Zhang J, Yang S, et al. Antibacterial polyvinyl alcohol/bacterial cellulose/nano-silver hydrogels that effectively promote wound healing. Mater Sci Eng C-Mater Biol Appl. červenec 2021;126:112171.
  7. Massarelli E, Silva D, Pimenta AFR, Fernandes A, Mata JLG, Armes H, et al. Polyvinyl alcohol/chitosan wound dressings loaded with antiseptics. Int J Pharm. 25. leden 2021;593:120110.
  8. Kovtun AI, Mysyura AG. Physico-Chemical Properties of a Nanocomposite Hydrogel Coating on a Textile Carrier for the Wound Treatment. Phys Chem Asp STUDY Clust NANOSTRUCTURES Nanomater. 2021;(13):717–27.
  9. Carville K, Alan J, Smith J. Best practice, best products, best outcomes in community wound care: three descriptive cohorts. WOUND Pract Res. prosinec 2022;30(4):196–206.
  10. Mirhaj M, Labbaf S, Tavakoli M, Seifalian AM. Emerging treatment strategies in wound care. Int WOUND J. listopad 2022;19(7):1934–54.
  11. Ubbink DT, Brolmann FE, Go PMNYH, Vermeulen H. Evidence-Based Care of Acute Wounds: A Perspective. Adv WOUND CARE. květen 2015;4(5):286–94.
  12. Korting HC, Schoellmann C, White RJ. Management of minor acute cutaneous wounds: importance of wound healing in a moist environment. J Eur Acad Dermatol Venereol. únor 2011;25(2):130–7.
  13. Zhou L, Min T, Bian X, Dong Y, Zhang P, Wen Y. Rational Design of Intelligent and Multifunctional Dressing to Promote Acute/Chronic Wound Healing. ACS Appl BIO Mater. 19. září 2022;5(9):4055–85.