«Умные» полимеры
Люди всегда мечтали научиться изготавливать искусственные органы, которые можно было бы использовать вместо поврежденных. Но любые вживляемые в человеческий организм технические приборы не могут сравниться по эффективности с живыми органами, так как в отличие от них искусственные органы функционируют только по определенной программе, заложенной человеком.
Однако, это было лишь до того момента, пока не были синтезированы так называемые «умные» полимеры. Особенность таких полимеров заключается в том, что они, по аналогии с живой материей, способны самостоятельно воспринимать информацию из окружающей среды и изменяться в соответствии с этой информацией.
В России на основе таких синтетических полимеров были сделаны некоторые интересные разработки. О перспективах их применения для решения некоторых медицинских задач нам рассказал главный научный сотрудник лаборатории полиэлектролитов и химии медико-биологических полимеров Института нефтехимического синтеза (ИНХС) им. А.В. Топчиева РАН (Москва), доктор химических наук, профессор Лев Иванович Валуев.
Милена Сигаева / «Здоровье-инфо»
Полимерные гидрогели на основе «умных» полимеров – это пористые, хорошо набухающие, но не растворяющиеся в воде материалы, которые при изменении внешних условий, например, температуры, кислотности окружающей среды или ее химического состава, способны изменять степени набухания в воде или даже переходить в растворимое состояние.
Впервые синтетические полимеры были применены в медицине еще в 60-х годах прошлого века, когда гидрогели на основе полигидроксиэтилметакрилата были использованы для создания мягких контактных линз.
Если такой гидрогель предварительно насытить лекарственным веществом, то при перемене внешних условий гидрогель частично разрушится, лекарственное вещество легко освободится и начнет действовать. Химики и медики работают над тем, чтобы определить условия, при которых гидрогель будет менять свои свойства в ту или иную сторону.
Покрытия на раны и ожоги
Одной из разработок российских ученых из ИНХС стало создание покрытия на раны и ожоги с регулируемой скоростью выделения лекарства в область раны.
Известно, что при инфекции в зоне воспаления повышается кислотность среды. Разработанный российскими учеными полимерный нерастворимый гидрогель при нормальном pH крови (pH 7,4) способен удерживать в себе антибиотики. При подкислении среды, что имеет место при воспалении, «ячейки» геля, благодаря специально заложенному при его создании свойству, расширяются и лекарство поступает в рану. Как только воспаление проходит, pH становится нейтральным и поступление лекарств также прекращается.
Этот принцип лежит в основе работы многих противоожоговых, антимикробных гелей, применяющихся для лечения трофических язв и гнойных воспалений, а также послеоперационных травм. Гелем полностью обрабатывают поверхность раны, где он обеспечивает дренаж раны и гарантирует постоянное поступление лекарственных препаратов. После окончания лечения гель можно легко удалить простым промыванием водой без повреждения новой растущей ткани.
Предварительные испытания геля были проведены на 30 больных в возрасте от 25 до 50 лет с гранулирующими ранами мягких тканей. Одной группе пациентов раны обрабатывали гелем с использованием йодовидона и анилокаина. Другую группу пациентов лечили маслом облепихи с предварительной обработкой раны антисептиками. При использовании геля с лекарственными веществами обезболивающее действие наступало через 10-15 минут и продолжалось от 8 до 24 часов в зависимости от уровня болевого синдрома. Практически полное исчезновение отека кожных покровов у пациентов из первой группы наступило на третьи сутки, тогда как у пользовавшихся облепиховым маслом – на 5-6 сутки. Проведенный учеными эксперимент полностью доказал способность полимерного геля с лекарственным веществом ускорять процессы заживления ран.
Доставка лекарств в проблемные места
Еще одним качеством, которым обладают полимерные гидрогели, является реакция на изменение температуры. Чтобы заставить гель изменить свое состояние, можно воздействовать на него специальными волновыми нагревателями, или же дождаться повышения температуры в результате естественной реакции организма на любое локальное воспаление.
Еще более 40 лет назад немецкий химик Хельмут Рингсдорф из Института Органической Химиии города Майнц придумал свою особую систему доставки лекарственных веществ в организм. Система состояла водорастворимого из полимера-носителя, к которому особым способом присоединяли лекарственное вещество и молекулу-вектор, способную взаимодействовать с определенными рецепторами на поверхности клетки-мишени. Оказавшись внутри человеческого тела, молекула-вектор «узнавала» рецептор и, взаимодействуя с ним, доставляла в это место связанное с ним через полимерную цепь лекарство.
Группа российских ученых из Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, возглавляемая академиком Николаем Альфредовичем Платэ, в рамках программы Президиума Российской академии наук «Фундаментальные науки – медицине» создала полимер, выпадающий в осадок при повышении температуры более 37 градусов. Ученые связали этот полимер с лекарственным веществом, способным растворять сгустки крови, благодаря чему гель стал выступать в роли антитромботического средства.
Испытания проходили на модели человека – насос имитировал работу сердца, а сообщающиеся сосуды выступали в качестве пораженных тромбозом органов. При температуре модели 36 градусов в кровоток вводили ферменты, растворяющие сгустки. Время их растворения было около 15 часов. После этого один сосуд, имитирующий пораженный тромбозом орган, нагревали до 38 градусов и также ввели ферменты. Результат был одинаков – в обоих органах (как подогретых, так и нет) сгусток растворялся приблизительно за одно и то же время.
Дальше в модель человека был введен фермент, связанный с полимером, выпадающим в осадок при температуре выше 37 градусов. Один «орган» нагрели до 38 градусов, а другой оставался при температуре 36 градусов. В результате, в нагреваемой части сгусток крови быстро растворился, а в другой остался без изменения. Все лекарственное вещество, связанное с полимером, собралось в нагреваемой части. Полимер доказал свою эффективность – он доставил весь лекарственный раствор в точку воспаления. Как отмечают специалисты, в домашних условиях использовать полимер для доставки лекарств будет невозможно, так как лекарство вместе с полимером должно быть введено в кровоток, однако в любом медицинском учреждении это сделать вполне реально.
Важность такого транспортера лекарств становится очевидной, если учесть то, что обычно около 90% лекарства расходуется зря, не дойдя до очага поражения. При этом многие соединения токсичны для окружающих тканей.
К сожалению, эта разработка российских химиков и медиков так и не получила массового использования.
Искусственный кишечник
Ученые других стран также ведут разработки в области биологических полимеров. Японским ученым удалось создать технический прибор из полимерного геля, который может самостоятельно сокращаться и выполнять функцию кишечника. Искусственный кишечник полностью повторяет перистальтику своего естественного аналога. Он способен сжиматься как мышца, передвигая вперед кольцеобразные утолщения. Точно так же наш кишечник транспортирует пищу.
Японские исследователи имитировали не только работу мускулатуры кишечника, но и его собственный ритм. Под действием атомов рутения полимер волнообразно меняет свои свойства – то разбухая, то ослабевая. Такой «орган» может работать полностью автономно.
Это только некоторые возможности «умных полимеров». На самом же деле, как утверждают ученые, перспективы их использования безграничны.
Читайте далее:
