CC BY
95
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ В МЕДИЦИНСКИХ ЦЕЛЯХ А.Н. Панченко, студент
Волгоградский государственный университет (Россия, г. Волгоград)
DOI:10.24412/2500-1000-2022-6-2-6-9
Аннотация. В статье описано использование различных полимеров и композитов для решения задач, связанных с проблемами изготовления изделий для медицинских нужд. Самым важным критерием для использования полимеров в медицинских целях является их биоразлагаемость, способность контролируемо высвобождать лекарственные препараты, не вызывать воспалительные процессы и аллергические реакции, иметь низкую стоимость. Рассмотрены свойства и применение биоразлагаемых полимеров: полилактид-ко-гликолид, фосфорилхолин, полигликолид, хитозан.
Ключевые слова: полимер, биодеградируемый, стент, биологическая совместимость.
В современном обществе нельзя встретить человека, который бы не знал, что такое полимеры. Полимеры тесно связаны с человеком, улучшая его жизнь, принося комфорт в современное общество. Значение полимерных структур очень велико. Если оглянуться вокруг, то их можно встретить буквально везде: корпуса бытовой техники, упаковочная тара, элементы автомобилей, декоративные элементы быт. Полимеры - это один из основных материалов, из которых сделаны предметы, которые мы используем в повседневной жизни. С каждым днём открываются новые области практического использования полимеров в машино- и приборостроении, электро- и радиотехнике, телевидении, строительстве, авто-, судо-, самолето- и ракетостроении, медицине [1].
Основная причина смертности и инвалидности - это сердечно-сосудистые заболевания. Один из самых эффективных методов лечения - это стентирование, который позволяет малоинвазивным способом расширить сосуды сердца и восстановить кровоток. ВОЗ ежегодно в мире проводится около 6 миллионов имплантаций стен-тов пациентам. Установка стентов в сосуды требует повторных операций у 30-45% пациентов. Покрытия и материалы, из которых изготовлены стенты - разнообразны [2]. Но, к сожалению, все они в той или иной мере приводят к раздражению ткани сосудов. Поэтому применяемые стенты необходимо модифицировать. Сейчас
применяют покрытия, состоящие из полимерной матрицы, которая содержит в себе цитостатические агенты природного происхождения, способные снижать развитие рестеноза в стенте до 1-12%. Последние исследования показали, что внутрисосуди-стые конструкции не удовлетворяют требования адаптации к сосудистой стенке, а их поверхность имеет низкую тромборези-стентность.
Следует отметить, что практически все используемые сейчас в России стенты с лекарственными покрытиями произведены заграницей и имеют довольно высокую стоимость, что не может удовлетворять потребностям российских пациентов и их финансовым возможностям. Стоимость расходных материалов для выполнения операции эндоваскулярного стентирования сонных артерий при атеросклерозе сосудов, питающих головной мозг, может достигать 250 тысяч рублей и более. Потребность и необходимость в выполнении такой операции 30 в год на 1 тысячу населения. Например, в крупных сосудистых центрах России количество подобных операций может достигать 6000-8000 в год. Стоимость медицинских материалов напрямую зависит от стоимости материалов из которых они изготовлены. Поэтому необходимо использовать недорогие полимерные материалы в качестве носителей лекарственных препаратов для создания новых полимерных композиционных ма-
териалов коронарных и билиарных агентов.
В настоящее время для проведения операции агентирования помимо голометал-лических стентов используют стенты с лекарственным покрытием. Лекарственное покрытие - цитостатик находится на поверхности стента, что препятствует развитию рестеноза. Лекарственные препараты, которые находятся на поверхности стента, выводятся несколько недель и предотвращают разрастание тканей, это снижает повторные операции. Но материалы, которые используются в качестве матрицы для лекарственных препаратов нуждаются в совершенствовании. Поэтому поиск новых недорогих лекарственных покрытий по-прежнему активно продолжается. Следует отметить, что существуют 1,2,3 и 4 поколения. Стенты четвертого поколения изготавливаются из полностью деградирующих или саморассасывающихся материалов. Для их изготовления используются биоразлагаемые материалы. Так, например проект компании "Альфаспин", направлен на создание наноструктурированных би-одеградируемых волокнистых матриц, содержащих экстракт регенерирующей печени (HSS) и обеспечивающих самовосстановление тканей желчного протока при трансплантации матриц вместо пораженных участков ткани. Отличительной особенностью создаваемых биоконструкций является отсутствие трансплантируемых клеток, которые вызывают иммунологическую реакцию организма. При достижении положительных результатов в ходе медико-биологических исследований разработанный материал предполагается использовать для создания полноценного били-арного стента. Технология позволяет получать нетканые волокнистые материалы из различных биополимеров заданного диаметра, полученный таким образом материал в дальнейшем обрабатывают HSS для придания специальных свойств. Применение продукта позволит широко внедрить в медицинскую практику инновационный метод восстановления функций желчного протока при его иссечениях и иных повреждениях.
Также на данном этапе развития в медицине широко используются биоразлага-емые полимеры. Биоразлагаемые полимеры - это особый класс полимеров, которые разрушаются по в результате процесса бактериального разложения с образованием естественных побочных продуктов, таких как газы (СО2, N2), вода, биомасса и неорганические соли. Данные полимеры бывают как естественного происхождения, так и получаются синтетическим путем. За последние десятилетие биоразлагаемые материалы нашли широкое применение для различных биомедицинских приложений: адресной транспортировки лекарств; доставки генов; тканевой инженерии; антибактериальных и необрастающих хирургических биоматериалов [3-4].
Для использования в медицинских целях перспективным являются полимерные матрицы, состоящие из разных типов мономерных звеньев. Одним из таких полимеров является полилактид-ко-гликолид -сополимер молочной и гликолевой кислот (рис. 1а).
Свойства данного полимера можно контролировано изменять, меняя соотношения мономерных звеньев в структуре полимера. Как известно сополимеры молочной и гликолевой кислот являются низко токсичными, обладают биологической совместимостью и не вызываю воспалительные процессы при контакте с живыми организмами. Все это в сочетании с регулируемыми механическими свойствами делает полилактид-ко-гликолид основным полимером для создания пролонгированных систем и использования для микроинкапсулирования лекарственных веществ различной природы.
Широкое применение в медицине может найти природный полимер - фосфо-рилхолин (рис.1б), из которого состоит наружная мембрана эритроцитов. Фосфо-рилхолин используется в качестве покрытия стентов на полимерной основе, поскольку его молекулярная структура улучшает биосовместимость поверхности и снижает риск возникновения воспаления или тромбоза.
Полигликолид или полигликолевая кислота (рис.1 в) представляет собой биораз-
лагаемый, термопластичный полимер. Обладая рядом преимуществ (прочность, плавное прохождение через ткань, надежность завязывания узлов), данный полимер нашел свое применение для подкожных швов, внутрикожного закрытия, операций на брюшной полости и грудной клетке. Данный полимер является биоразлагае-мым, поэтому из него изготавливают ряд имплантируемых медицинских устройств: анастомозные кольца, штифты, стержни, пластины и винты. Его также можно использовать для контролируемой доставки лекарств.
Хитозан (рис. 1г) - аминосахар, производное линейного полисахарида. Получают хитозан из пчелинного хитина, в при-
роде встречается в клеточных стенках клеток грибов отдела Zygomycota (в комплексе с хитином) и панцирях ракообразных. Хитозан способен образовывать большое количество водородных связей. Поэтому он может связать большое количество органических водорастворимых веществ (бактериальные токсины и токсины, образующиеся в процессе пищеварения).
Гемостатические свойства хитозана позволяют быстро сгущать кровь, а также позволяют уменьшить боль, блокируя нервные окончания. В пластической хирургии хитозан используют при пересадке кожи. Он способствует быстрейшему заживлению ран и уменьшает образование рубцов после пластической операции [5].
а)
б)
в)
г)
Рис. 1. Структурные формулы полимеров: а) полилактид-ко-гликолид; б) фосфорилхолин;
в) полигликолид; г) хитозан
Заключение: Современное развитие методов синтеза и модифицирование полимерных структур, тесные междисциплинарные связи биологии, химии и медицины позволяют применять самые новые материалы для лечения людей. Предстоит еще много исследований для развития новых технологий в получении и модификации полимерных материалов и композитов
на их основе для применения в медицине. Необходимо вести разработки по четырем основным направлениям: импортозамеще-ние, контролирование определенных физико-химических свойств, биодеградируе-мость и снижение ценового диапазона. Все это будет способствовать повышению уровня качества и эффективности лечебного процесса.
Библиографический список
1. Simulation of pyrolysed polyacrylonitrile based composite with amorphising boron additives / O. A. Kakorina, I. V. Zaporotskova, I. A. Kakorin, L. V. Kozhitov // Journal of Physics: Conference Series: Applied Mathematics, Computational Science and Mechanics: Current Problems, Voronezh, 11-13 ноября 2019 года. - P. 012131. - DOI 10.1088/17426596/1479/1/012131.
2. Герасимов, А.М. Результаты эндоваскулярного лечения пациентов с рестенозом го-лометаллических стентов и стентов с лекарственным покрытием / А.М. Герасимов, Е.В. Меркулов, А.Н. Самко // Международный журнал интервенционной кардиоангиоло-гии. - 2013. - № 35. - С. 36b.
3. Гордеева Д.А. Биоразлагаемые полимеры / Д.А. Гордеева, П.В. Макеев // Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент: Материалы XIII Международной научно-инновационной молодёжной конференции, Тамбов, 1112 ноября 2021 года. - С. 144-146.
4. Биоразлагаемые полимерные материалы для медицины: от импланта к органу /
B.И. Гомзяк, В.А. Демина, Е.В. Разуваева [и др.] // Тонкие химические технологии. - 2017. - Т. 12. - № 5. - С. 5-20.
5. Синтез и исследование свойств композиционных материалов на основе целлюлозы и хитозана содержащие различные терапевтические агенты / А.А. Ванюшенкова, Э.Э. Досадина, А.А. Ханафина [и др.] // Бутлеровские сообщения. - 2019. - Т. 57. - № 2. -
C. 130-143.
APPLICATION OF POLYMERIC MATERIALS FOR MEDICAL PURPOSES
A.N. Panchenko, Student Volgograd State University (Russia, Volgograd)
Abstract. The article describes the use of various polymers and composites to solve problems related to the problems of manufacturing products for medical needs. The most important criterion for the use of polymers for medical purposes is their biodegradability, the ability to release drugs in a controlled manner, do not cause inflammation and allergic reactions, and have a low cost. The properties and application of biodegradable polymers are considered: polylactide-co-glycolide, phosphorylcholine, polyglycolide, chitosan.
Keywords: polymer, biodegradable, stent, biocompatibility.
