Начало >> Статьи >> Архивы >> Полимеры медицинского назначения

Получение антитромбогенных полимерных материалов - Полимеры медицинского назначения

Оглавление
Полимеры медицинского назначения
Исследование в области полимерных материалов
Перспективный план разработки искусственных органов
О проблематике в области полимеров медицинского назначения
Искусственная кожа
Контактные линзы
Мембраны для искусственных легких
Искусственная почка
Мембраны для диализа крови
Возможности новых мембран для диализа крови
Искусственные почки других разновидностей и модификаций
Разделение и диффузия веществ, заключение
Полимеры, совместимые с живым организмом
Вредное действие полимеров на организм
Многозначность и многообразие понятия биосовместимости
Способы оценки биосовместимости
Естественный механизм свертывания крови и тромбообразования
Растворение фибрина и предотвращение свертывания крови
Способы оценки тромборезистентности
Получение антитромбогенных полимерных материалов
Гидрогели
Введение гепарина в полимерный материал
Фиксация системы растворения фибрина
Феномен поверхностей и гемосовместимость
Взаимодействие полимера с составляющими крови
Адгезия, когезия и элиминирование тромбоцитов
Заключение по полимерам, совместимым с живым организмом
Полимеры фармакологического назначения
Полимеризация лекарственных веществ
Полимеры вспомогательного фармакологического назначения
Полимерные покрытия
Использование полимеров в виде жидких субстанций, вводимых в организм
Система пролонгированного введения лекарств
Микрокапсулирование
Практические примеры микроинкапсулирования
Ликвация лекарственного вещества из микрокапсулы
Разработка медицинских полимеров и биоматериаловедение
Подход к биосовместимости полимера
Электрические явления на поверхности полимера - биосовместимость
Применение спектроскопических методов анализа - биоматериаловедение
Способ кругового дихроизма - биоматериаловедение
Микрокалориметрия - биоматериаловедение
Электрофорез - биоматериаловедение
Гистологическая и гистохимическая микроскопия
Использованиее ферментативных реакций и радиоактивных изотопов - биоматериаловедение
Заключение - биоматериаловедение

Выше уже подчеркивалось и подтверждалось данными табл. 23, что любой из используемых в настоящее время коммерческих полимеров широкого назначения обязательно оказывает коагулирующее действие на кровь. В табл.23 приведены только такие результаты, которые были получены in vitro, однако и в условиях in vivo картина в принципе та же, если исключить расхождения, связанные с методикой экспериментов. В предыдущем разделе был рассмотрен природный механизм свертывания крови и образования тромба. Из сказанного очевидно, что для предотвращения тромбоза необходимо исключить активацию фактора XII, являющегося основным инициатором всей кинетической биологической цепи, и не допустить адгезию эритроцитов. На вопрос о том, каков наиболее результативный цикл операций для достижения этих целей, однозначного ответа пока не получено, и руководства по проектированию медицинских материалов, к сожалению, еще не создано. Тем не менее, по пути создания антитромбогенных полимеров уже были осуществлены исследования методом проб и ошибок [13, 14, 15, 72].
Ниже в общих чертах рассмотрены некоторые практические примеры, взятые из этих исследований. Относительно основных принципов обобщения (классификации) полимерных материалов в аспекте их гемосовместимости и антитромбогенности существует достаточно много точек зрения и представлений. В нашей главе изложение ведется в соответствии с такой классификационной схемой.

Классификация антитромбогенных материалов

  1. Ослабление взаимодействия с составляющими крови Инертная поверхность

Поверхность, несущая отрицательный электрический заряд Неоднородная структура Гидрогели

  1. Использование субстанций, препятствующих образованию тромбов Применение гепарина

Фиксация при помощи системы растворения фибрина                        Самомоющее действие

  1. Использование самого организма, как такового Формирование эпителия

Биоматериалы

Инертная поверхность

В качестве объекта рассмотрения были избраны гидрофобные полимеры; в целесообразности такого выбора убеждает известное положение о том, что при низкой поверхностной энергии и меньшей активности достигаются лучшие результаты. Наиболее типичные представители таких полимеров — силиконовый и фторсиликоновый каучуки и тефлон. Все эти высокомолекулярные материалы в настоящее время производятся в промышленных масштабах в виде продуктов медицинского класса чистоты. Силиконовый каучук обладает хорошей технологичностью, высокой гибкостью и в связи с этим широко применяется в медицинской практике, однако с точки зрения антитромбогенности он не удовлетворяет требованиям. Мало того, имеются сообщения, что он склонен адсорбировать из крови холестельных моментов было предложено использовать фторсиликон (политрофторптерин и липиды и в результате легко деградирует. Во избежание указанных отрицаропилметилсилоксан), представляющий собой продукт введения в силикон отрицательных полярных групп. Впрочем, по всем предпосылкам, эффективность такого материала не достигнет ожидаемого уровня.
Тефлон превосходит силиконы по склонности вызывать тромбоз, тем не менее в настоящее время он сравнительно успешно применяется в качестве твердого медицинского материала. В виде ткани его используют для искусственных кровеносных сосудов, а в последнее время появилось новое изделие — фибриллированный тефлон, известный под названием Expanded teflon. Судя по некоторым данным, применение его для изготовления искусственных кровеносных сосудов дало положительные результаты. Однако это объясняется не только хорошей тромборезистентностью материала, а скорее всего возможностью применять его для образования эпителиальной ткани.

Поверхность, несущая отрицательный электрический заряд

На поверхности кровеносного сосуда, соприкасающейся с потоком крови, возникает отрицательный потенциал £. На основе этого были осуществлены опыты с целью создания по аналогичной модели такого же y-потенциала и на поверхности синтетического пластика. Успешных результатов пока не наблюдалось.
Известно [13], что эндотелий кровеносного сосуда имеет электропотенциал с зарядом от —3 до —13 мВ, причем концентрация свободных электронов эндотелия составляет от 6* 1012 до 12* 1012 на 1 см2. В связи с этим были исследованы полимеры, несущие отрицательный поверхностный заряд, и высокомолекулярные вещества с хорошей электропроводностью, в частности, карбоксицеллюлоза, сульфированный полистирол, хлорсульфированный полиэтилен, полиионные комплексы (поликатионные и полианионные с избытком тех или других ионов), а также разного рода полимерные электреты [13, 14]. Как и ожидалось, результаты оказались не только не однозначными, но даже не были определенными. Очень часто оказывалось, например, что отрицательному заряду соответствует даже лучшая антитромбогенность, чем положительному, тем не менее удалось констатировать, что при наведенном электрическом заряде (независимо от того, положительный он или отрицательный) результаты всегда хорошие. Избыточный же заряд любого знака вызывает нежелательный эффект. Результаты исследований полиионных комплексов и полиэлектретов полностью подтверждают эту закономерность.
Испытывались также методически более сложные способы, например, примешивали к полиуретану активированный уголь, придавая полимеру повышенную электропроводность, или же создавали и поддерживали условия течения микроэлектротоков, идентичные обычным биологическим условиям, наблюдаемым в кровеносных сосудах живого организма. Однако, если и удавалось предотвратить образование тромба, то достижение стабильного продолжительного действия при отсутствии травм тканей наталкивается, по отзывам, на значительные затруднения.
Исходя из того, что не только эндотелий кровеносных сосудов, но и составляющие клеток внутри крови представляют
собой частицы, несущие отрицательный электрический заряд, можно утверждать, что электрический заряд поверхности полимерного материала является важнейшим фактором тромбообразования. И все же, несмотря на важность вопроса, все работы в этом направлении привели лишь к весьма туманным, далеко не однозначным результатам. По всей вероятности, это обусловлено несколькими причинами. Определение плотности поверхностных электрических зарядов и профиля их распределения представляет трудности, характерные именно для синтетических полимерных материалов. Значительные усложнения привносятся разложением высокомолекулярных электролитов, колебаниями стабильности и продолжительности функционирования полимерных электретов. Более того, существует комплекс факторов, оказывающих сложнейшее влияние на адгезию и образование аггрегации тромбоцитов, а также на активацию свертывания. Они представляют собой следствие взаимодействия (адгезионного, обменного) белка крови с низкомолекулярными ионами (в частности, Са2+), гидратации и многих других процессов.

Неоднородные структуры

Очень часто возникает необходимость использовать биосовместимый полимерный материал в виде эластомера, например, для изготовления насоса для искусственного сердца. Для этого благоприятны блоксополимеры, макромолекулярные цепи которых состоят из жестких кристаллических сегментов соответствующей длины и одновременно из эластично-упругих, гибких сегментов. В этом направлении было проведено много исследований и удалось разработать несколько видов материалов, которые по всем предпосылкам должны проявить очень высокую антитромбогенность.
Тромборезистентность обычных полиуретанов не очень высока, но у блочного полиэфироуретана, содержащего разнородные сегменты, это свойство проявляется гораздо более отчетливо. Строению такого сополимера соответствует следующая структурная формула:

Lyman и сотр. [17] сообщали об экспериментах, связанных с изменением молекулярной массы полиэфирных фрагментов сегментированного полиуретана такого типа в последовательности 425, 710, 1025 и 2025; оптимальный результат был  достигнут при 1025. Эти же исследователи выдвинули гипотезу, по которой данное явление обусловлено образованием микрофазовой структуры 3—10 нм, т. е. с размерами такого же порядка, что и величина молекул белка крови.
Pиc. 25. Модель структуры микрофазового разделения стирол-бутадиен-стирольного блоксополимера (18),
Модель структуры микрофазового разделения стирол-бутадиен-стирольного блоксополимера

Собственно говоря, по природе своей надмолекулярные структуры живых организмов никогда не бывают гомогенными; они неоднородны, причем весьма часто включают микродомены из гидрофильных и липофильных фрагментов. Причина этого еще не выяснена, однако есть основания полагать, что подобная структура потенциально пригодна для получения антитромбогенных материалов. Понятно, что создать надмолекулярную структуру, идентичную структуре живого организма, в высшей степени затруднительно, однако использование блок- или привитых сополимеров, состоящих из разнородных сегментов с неодинаковыми свойствами, по всем предпосылкам, должно оказаться весьма перспективным для создания микрофазовых структур, приближающихся по размерам к своим естественным прототипам.
Сообщалось, что, кроме описанного блоксополиэфироуретана, сополимеры, получаемые блочной или привитой сополимеризацией полиуретанов с полидиметилсилоксаном, обладают благоприятным комплексом механических характеристик в сочетании с удовлетворительной антитромбогенностью [16].
В последнее время началось производство блочного стирол- бутадиен-стирольного терсополимера [18], имеющего структуру, модель которой представлена на рис. 25. Был предложен способ модификации терсополимера, основанный на том, чтобы, не затрагивая основной цепи, гидроксилировать только двойные связи боковых бутадиеновых фрагментов, а затем, используя реакционную способность гидроксила, присоединять биологически активные вещества и получать полимеры, обладающие хорошей биосовместимостью [18]. Общая схема процесса вполне убедительна, но эффективность способа пока еще не очевидна. Необходимо также исследовать, каким образом надмолекулярная структура описанных блоксополимеров и химическое строение их блок-фрагментов коррелируются с тромбообразованием.
В настоящее время в промышленных масштабах выпускаются сегментированный полиуретан и (привитой уретан-силиконовый сополимер под фирменными названиями Biomer и Avcothane.



 
« Пограничная интеллектуальная недостаточность   Полиурия и полидипсия »