Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 3

Полиуретаны являются одними из наиболее часто выбираемых биомедицинских полимеров для медицинских устройств, контактирующих с кровью. Они могут быть найдены в емкостях для крови для гемодиализа, катетерах, стентах, изоляции для кардиостимуляторов, сердечных клапанах, сосудистых трансплантатах и пластырях, вспомогательных устройствах левого желудочка (LVAD). Их свойства определяются простым варьированием типа и / или молекулярной массы мягкого сегмента и связывающих агентов. Уретановая связь в биомедицинских полиуретанах может быть образована посредством двухэтапного процесса. Начальная стадия представляет собой реакцию, включающую блокирование концов мягких сегментов макродиола (например, полиэфира, сложного полиэфира, поликарбоната и полисилоксана) с диизоцианатом с образованием форполимера. Вторая реакция представляет собой сочетание форполимера с удлинителем цепи с низкой молекулярной массой, обычно с диолом или диамином. Жесткий сегмент обычно относится к комбинации удлинителя цепи и диизоцианатных компонентов. Из-за химической несовместимости между мягкими и твердыми сегментами морфология полиуретанов состоит из агрегации твердых сегментов с образованием доменов, которые распределены в полимерной основе, образованной мягкими сегментами. Такая уникальная морфология обеспечивает исключительные механические свойства и биосовместимость медицинских полиуретанов. Например, в зависимости от относительной молекулярной массы и количества жесткого и мягкого сегментов полученный полиуретан может быть эластомерным или жестким.

Механические свойства полиуретана также могут быть изменены путем изменения химической природы удлинителя цепи. Как правило, полиуретаны, полученные с удлинителем алифатической цепи, более мягкие, чем полиуретаны с удлинителем ароматической цепи. Биосовместимость полиуретанов также тесно связана с химической природой удлинителя цепи и мягкого сегмента. Ранние исследования показали, что изменения молекулярной массы мягких сегментов влияют на адсорбцию белка. Лизиндиизоцианат и гексаметилендиизоцианат предпочтительнее ароматических диизоцианатов при синтезе биоразлагаемых полиуретанов отчасти из-за предполагаемой канцерогенной природы ароматических диизоцианатов. В недавних исследованиях сообщалось об использовании природных полимеров, таких как хитин и хитозан, в качестве удлинителя цепи для улучшения биосовместимости полиуретанов. Биостойкость была и остается основным направлением исследований полиуретанов. В зависимости от предполагаемого медицинского применения желаемая биостойкость полиуретана варьируется. Например, полиуретаны, используемые в качестве покрытия для проводов кардиостимуляторов, должны обладать превосходной долговременной стабильностью, тогда как полиуретаны, используемые в качестве каркаса для создания сконструированной тканевой конструкции для замещения пораженных сердечно-сосудистых тканей, должны быть биоразлагаемыми.

Чувствительные к ферментам связи были включены в жесткий сегмент, что привело к специфической ферментативной деградации в отличие от неспецифической гидролитической деградации. Еще одно интересное дополнение к жестким сегментам — это биоактивная молекула, такая как антимикробный препарат. Таким образом, разложение полимера приведет к высвобождению свободного лекарственного средства, что делает этот класс полиуретанов очень привлекательным для биомедицинских приложений. Далее рассмотрим такой важный член семейства инженерных полиэфиров, как ПЭТ или полиэтилентерефталат (также известный, как ПЭТФ). Это полукристаллический полимер, который используется в промышленности для производства синтетических волокон и контейнеров для напитков и пищевых продуктов. В области медицины ПЭТ широко используется в качестве протезных сосудистых трансплантатов, швов и для перевязки ран в виде волокон или ткани (коммерчески известной как дакрон). Несмотря на присутствие гидролитически расщепляемой сложноэфирной связи, ПЭТ относительно стабилен, в значительной степени благодаря высокой кристалличности и гидрофобности. Это один из двух стандартных биоматериалов для протезных сосудистых трансплантатов, используемых в клинической практике. Он широко используется для сосудов большего диаметра (диаметром более 6 мм).

ПЭТ для сосудистых применений может быть изготовлен в виде тканого или трикотажного материала, что будет определять пористость и механические свойства трансплантата. Как правило, тканая отделка имеет небольшую пористость, что снижает вероятность возникновения проблем с кровообращением. Сосудистый трансплантат из дакрона прочный и жесткий и гораздо менее эластичный, чем естественные артерии. Такое несоответствие считается причиной потери проходимости трансплантата в течение длительного периода времени (более 6 месяцев). Другое серьезное осложнение, связанное с трансплантатом ПЭТ, — его тромбогенность. Когда трансплантат входит в контакт с кровью, белок плазмы адсорбируется на поверхности просвета и капсулы, что приводит к образованию тромба и воспалительной реакции. Были изучены различные стратегии, чтобы сделать поверхность трансплантата устойчивой к тромбообразованию, включая пассивирование поверхности альбумином, покрытие фторполимером, гидрофильным полимером, ковалентное или ионное связывание антикоагулянта гепарин-альбумин, ковалентное связывание антитромботического агента тромбомодулина и многое другое. Хотя сообщалось о некоторых улучшениях в отношении острого тромбоза, предстоит еще пройти долгий путь для достижения удовлетворительной долгосрочной функциональности сосудистых трансплантатов на основе ПЭТ.