Применение бактериальной целлюлозы

Благодаря своим особым свойствам БЦ находит применение в технике, медицине и научных исследованиях, открывая новые горизонты нанотехнологии.

БЦ используется в основном как медицинский материал. Благодаря гель – пленке бактериальной целлюлозы (ГПБЦ) восстанавливается кожный покров, из них можно делать протезы кровеносных сосудов, а в перспективе регенерировать хрящ и костную ткань [13].

БЦ обладает свойством биологической совместимости, то есть она не токсична, не вызывает аллергии и физического отторжения. Плоская ГПБЦ - это идеальная повязка при пересадке кожи, лечении ран, послеоперационных швов и язв, а также гнойных воспалений, потертостей и пролежней. ГПБЦ это прочная, но одновременно - эластичная и комфортная повязка, хорошо прилегающая к пораженному участку тела. Из нее можно изготовить рубашку, маску или перчатки.

Гель - плёнка БЦ:

-поддерживает оптимальный баланс влажности, стимулирующий заживление;

-отлично пропускает жидкости и газы;

-безболезненно наносится и так же безболезненно удаляется;

-активно насыщается лекарственными препаратами и свободно отдает их в поврежденную зону;

-сильно поглощает продукты распада тканей;

-служит почти непреодолимым физическим барьером для инфекции.

Активная роль БЦ заключается в стимулировании регенерационных процессов. Она помогает восстановлению базальной мембраны, ускоряет эпителизацию и зарубцовывание. При ожогах регенерируются дерма и базальная мембрана, поскольку фибробласты и кератиноциты проникают в поры БЦ и начинают синтезировать межклеточное вещество. При этом становится возможным осуществить тканевую инженерию - чужеродный материал служит каркасом, который заполняется дифференцированными клетками и межклеточным веществом.

Трубчатые гель-пленки БЦ могут применяться в микрохирургии при протезировании кровеносных сосудов внутренним диаметром до 1 мм, а также при протезировании нисходящей аорты и яремной вены. Соответствующий немецкий материал получил название Бейсик. Он обладает высокой механической прочностью, эластичный, гладкий изнутри и, разумеется, биологически совместимый. Очень важно, что такие сосуды не закупориваются тромбами. Постепенно искусственный участок сосуда замещается нормальным участком за счет миграции эндотелиальных клеток, фибробластов и миоцитов.

На основе ГПБЦ можно восстановить суставные хрящи у больных остеоартритом, страдающих от болей в суставах и потери подвижности [14]. На данный момент используется, в основном, аутологичный хрящ, который забирают из других участков тела, что связано с дополнительной травматизацией и ухудшением косметических результатов.

Была разработана технология получения искусственного хряща, выполненного из высокомолекулярной микробной целлюлозы, выделяемой Acetobacter xylinum при поверхностном культивировании, и последующей полимеризацией с полиакриламидом. В результате получена структура, напоминающая по своим физическим характеристикам хрящ.

Для восстановления частично разрушенного хряща или для его временной замены на искусственный используется метод тканевой инженерии. В данном случае ГПБЦ служит каркасом, который заполняется хондроцитами. Они синтезируют межклеточное вещество, состоящее из коллагеновых волокон и протеогликанов. Влажные, прочные и биологически совместимые ГПБЦ, а также композиты ГПБЦ и синтетических полимеров превосходят всех кандидатов на эту роль (в основном это синтетические гидрогели).

ГПБЦ может использоваться при методе контролируемой регенерации тканей, прежде всего, костной ткани. Композит ГПБЦ с гидроксиапатитом имитирует межклеточное вещество нормальной костной ткани. Он играет роль барьера, который не дает рыхлой соединительной ткани встать на место утраченного или разрушенного фрагмента скелета. В то же время на него можно привить клетки костной ткани - остеоциты, и они будут там размножаться. Сходным образом ГПБЦ действует при лечении пародонтоза, а также при сращивании концов поврежденного нерва [3].

БЦ может использоваться для приготовления особых сортов бумаги. Такая бумага обладает высокой гладкостью и по структуре похожа на расплавившийся полимер. По сравнению с бумагой, изготовленной из беленой сульфатной хвойной целлюлозы, эта бумага оказалась более эластичной, звонкой, имеет низкую капиллярную впитываемость и некоторые другие свойства.

После осаждения на БЦ металлов она может использоваться в качестве электродов для водородных топливных элементов. Применяют структурно - однородные мембраны на основе БЦ, а также изотропных поливинилспиртовых плёнок, что позволяет существенно уменьшить ошибку измерения осмотического давления, а следовательно, и молекулярной массы.

БЦ может использоваться в промышленной электронике, где она позволяет производить оптически прозрачные соединения с ультранизким коэффициентом теплового расширения, сопоставимого с кремниевыми кристаллами, которые могут быть согнуты без повреждения.

Бактериальный полисахарид может использоваться для создания композитных материалов - биокомпозитов [15]. Тонкие нити целлюлозы могут удерживать вместе материалы, например, стекло и волокно, которые в норме не связываются друг с другом.

Благодаря тому, что БЦ обладает большой поглотительной способностью, она может использоваться в диетологии в качестве носителя добавок для сбалансированного питания. Известно, что полезно употреблять в пищу растительные волокна, они стимулируют пищеварение и действуют в качестве адсорбента. Диетические свойства БЦ в этом отношении выше, чем чистой растительной целлюлозы.

В производстве пищевых продуктов БЦ используется как наполнитель или для придания им волокнистой структуры. Так в конце 1990-х годов крупные американские компании «Цетус» и «Вейерхойзер» совместно разработали метод глубинного культивирования Acetobacter xylinum для получения пульпы БЦ под названием «Целлулон» [3].

Применяют настой чайного гриба, который обладает разнообразными лечебными свойствами. Его применяют для лечения и профилактики желудочно-кишечных болезней, заболеваний печени и желчного пузыря.

БЦ, содержащая низин может использоваться как антимикробный материал для упаковки мясных продуктов.

БЦ, синтезируемую, например, цианобактериями предполагается использовать для производства этанола, что поможет сократить расход сельскохозяйственных культур и уменьшить нагрузку на леса.

Перечень коммерческих продуктов на основе БЦ пока что ограничивается перечисленными примерами. Но, судя по большому количеству проектов, изучение и внедрение БЦ развивается стремительными темпами.