Материал: Polioxialkanoaty_POA__biorazrushaemye_polimery_dlya_meditsiny

регулируемости и контролируемости процессов их деструкции в живом организме.

Интерес к ПОА растет с конца 80-х годов. Это новый класс биоразрушающихся и биосовместимых полиэфиров, физико-химические свойства которых в зависимости от состава могут существенно варьировать. Полиоксиалканоаты перспективны для применения в пищевой промышленности (упаковочный и антиоксидантный материал), сельском хозяйстве (обволакиватели семян, удобрений, пестицидов, разрушаемые пленки, тара для тепличных хозяйств) и др. сферах, включая медицину и фармакологию.

Сферы применения ПОА в медицине потенциально широки и могут включать изготовление медицинского инструментария и вспомогательных средств (нетканые и одноразовые изделия, шовные и перевязочные материалы), фармакологию (контролируемые системы доставки лекарственных средств), восстановительную хирургию и трансплантологию (Amass et al., 1998; Sudech, Doi, 2000; Stock et al., 2000; Asrar and Graus, 2002). Особо перспективным считается ис-

пользование ПОА для искусственного перикарда, в качестве сосудистых протезов и биоабсорбируемых покрытий внутрисосудистых стентов (Noisshiki and Komatsuzaki,1995; Williams, Martin, 2002), мат-

риц для биоискусственных органов (Sodian et al., 2000; Hoerstrup et al., 2000), в частности, для восстановления функциональности миокарда в постинфарктном периоде (Stock et al., 2001), а также для восстановления костной и хрящевой тканей (Türesin et al., 2001; Korkusuz et al., 2001).

На сегодняшний день многие ключевые моменты медицинского материаловедения ПОА остаются открытыми. Это вопросы, связанные с получением высокоочищенных образцов и способами их переработки в медицинские изделия. Противоречивость имеющихся результатов по токсикологическим свойствам более функциональных гетерополимерных ПОА по сравнению с высококристалличным полиоксибутиратом и фрагментарность данных по кинетике биодеструкции в биологических средах делают эти вопросы первоочередными для исследований.

Нельзя не отметить, что биомедицинские исследования полиоксиалканоатов до последних лет выполнялись исключительно за рубежом с применением препаратов Biopol®, DegraPol/btc®, производимых известными фирмами. В России целенаправленные медикобиологические исследования ПОА начаты Институтом биофизики СО РАН совместно с НИИТ и ИО МЗ РФ в конце 90-х гг.

10

Глава 1. МАТЕРИАЛЫ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

1.1. Общие представления о биосовместимых материалах

Исследования в области материалов медицинского назначения являются одним из актуальных направлений на стыке химии высокомолекулярных соединений, физической химии, молекулярной биологии, биофизики и медицины и включают в себя следующие взаимосвязанные задачи:

–изучение механизма взаимодействия биоматериалов с кровью

иее компонентами;

–разработку количественных методов оценки физикохимических и медико-технических свойств биоматериалов и изделий из них;

–разработку новых материалов или методов их модификации;

–экспериментально-клиническое применение материалов и изделий для контакта с кровью.

Материалы медицинского назначения (синонимы: биоматериалы, медицинские материалы, биомедицинские материалы) с необходимым комплексом физико-химических и механических свойств, должны быть биосовместимы с тканями организма, кровью и другими биологическими средами. В 1994 г. под термином «биосовместимость» было предложено понимать способность материала, изделий или устройств выполнять свои функции без заметной клинической реакции «хозяина» (Klinkmann and Davison, 1994).

При разработке медицинских изделий используют широкий круг материалов естественного и искусственного происхождения, в том числе, синтетические полимерные, биополимеры, металлы, керамику, гидроксиапатиты, углерод, биоткани и гибридные (биоискусственные), основанные на комбинированном использовании биоматериалов и функционирующих клеток различных тканей и органов.

Биосовместимые материалы, предназначенные для контакта с кровью, выделяют в группу гемосовместимых материалов, т. е. материалов совместимых с кровью. Необходимо подчеркнуть, что все гемосовместимые материалы являются биосовместимыми, но не каждый биосовместимый материал можно использовать для контакта с кровью. Так, биосовместимость металлокерамики или сплавов, используемых для изготовления штифтов, ортопедических или стоматологических протезов, не означает, что эти материалы не будут, например, провоцировать изменения клеточного состава крови.

11

Суммируя существующие представления о характере взаимодействия чужеродного материала с биологическими структурами организма человека (Вильямс, Рауф, 1978; Полимеры медицинского назначения, 1981; Biocompatibility Polymers, Metals, and Composites,

1983; Севастьянов и др., 1987; Пхакадзе, 1990; Искусственные органы, 1990; Биосовместимость, 1999), можно сформулировать основные требования, предъявляемые к биологическим свойствам изделий, предназначенных для контакта с кровью.

Гемосовместимые медицинские изделия не должны:

–оказывать токсического, аллергического и воспалительного действия;

–активировать ферментные системы (свертывающую, фибринолитическую, систему комплемента);

–оказывать отрицательное действие на белковые и форменные элементы крови, а также органы и ткани;

–вызывать антигенный и канцерогенный ответ;

–вызывать отклонения в системе метаболизма;

–провоцировать развитие инфекции;

–нарушать электролитический баланс;

–изменять свои медико-технические свойства в процессе нежелательной кальцификации и (или) биодеградации.

К характерным и наиболее ярким признакам отсутствия гемосовместимости медицинских изделий относится появление индуцированных их поверхностью тромбов и тромбоэмболий. В связи с этим, иногда термин «гемосовместимые» изделия (материалы, покрытия) заменяют на термин «тромборезистентные» («атромбогенные»), а вместо выражения «не гемосовместимые» изделия, используют термин «тромбогенные», что не является корректной заменой. В последующих главах будет показано, что не существует строгого соответствия между характером реакций различных компонентов крови на инородное тело. При отсутствии, например, признаков активации свертывающей системы крови (свойство тромборезистентной (атромбогенной) поверхности), могут наблюдаться активация системы комплемента или реакция нейтрофилов. Следовательно, тромборезистентность является только одним из признаков гемосовместимости изделия, контактирующего с кровью, который определяется характером его взаимодействия с организмом человека на молекулярном, клеточном и системном уровнях.

Биосовместимость медицинских изделий зависит от ряда факторов: физико-химических свойств входящих в их состав материалов, конструкции и технологии изготовления и условий функционирования изделий, состояния пациента. Тем не менее, в реальной ситуации медико-биологические свойства конкретного изделия будут

12

Таблица 1.1 Возможные эффекты взаимодействия полимерных материалов

с биологическими средами (Севастьянов, 1990; Биосовместимость, 1999)

определяться в основном характером взаимодействия биоматериалов с тканями и кровью.

Следует подчеркнуть, что степень взаимного воздействия конкретного биоматериала и крови зависит от времени функционирования изделия (таблица 1.1). Поэтому при исследовании физикохимических и биологических свойств материала, предназначенного для изготовления того или иного устройства, необходимо учитывать сроки его эксплуатации.

1.2. Основные подходы к созданию биосовместимых материалов

Значительные успехи, достигнутые в фундаментальных и прикладных областях биоматериаловедения – междисциплинарной науке о материалах, используемых в биологии и медицине, стимулировали разработку и клиническое применение различных изделий, систем и устройств медицинского назначения. Вместе с тем, несмотря на проводимые в течение последних 30 лет исследования, пока еще не удалось создать искусственный материал, полностью совместимый с живым организмом.

Тем не менее, удалось достичь существенных успехов в области разработок новых биоматериалов и методов модификаций; экст-

13

ракорпоральных устройств и имплантантируемых искусственных органов. Это позволило улучшить или спасти жизнь миллионов людей.

Так, в 2001 г. в мире ежедневно проводили около 3000 операций с применением аппаратов искусственного кровообращения, и было продано более 250 млн. различных имплантатов для сердечнососудистой хирургии. Всего в различных странах в 2001 г. было проведено не менее 400 000 имплантаций клапанов сердца, 1500 искусственных желудочков сердца (ИЖС), 600 000 протезов кровеносных сосудов малого диаметра. Наибольший рост числа имплантаций в ближайшие годы (от 40 и более %%) ожидается для ИЖС, в основном, как промежуточного этапа пересадки сердца.

В таблице 1.2 приведен перечень основных подходов к созданию медицинских материалов, основанных на существующих представлениях и гипотезах о механизме взаимодействия чужеродной поверхности с кровью и тканями организма (Sevastianov, 1991; Биосовместимость, 1999).

Заметим, что обширный перечень методов для повышения ме- дико-технических свойств материалов и изделий не столько свидетельствует в пользу решения проблемы их биосовместимости, сколько подчеркивает основные трудности, возникающие на пути моделирования структуры и функций естественных тканей и органов.

Таблица 1.2 Основные подходы к созданию материалов медицинского назначения

(Sevastianov, 1991; Биосовместимость, 1999)

14