Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 6

21 октября 2020
Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 6

В этот раз завершим тему, касающуюся использования традиционных и биопластиков в системах искусственных органов. Наиболее широко применяемая натуральная мембрана – целлюлозная. Взяв в качестве примера гемодиализ, в ранних применениях целлюлозной мембраны в диализаторе использовалась регенерированная целлюлоза, то есть незамещенная богатыми гидроксильными группами вдоль повторяющихся сахаридных единиц. Исследования показали, что регенерированная целлюлоза имеет плохую гемосовместимость. Он активирует систему комплемента, что приводит к воспалению и другим серьезным иммунным ответам. Активацию комплемента приписывают высокой концентрации гидроксильных групп на мембране, что делает ее нуклеофильной и чувствительной к отложению белка, особенно C3b. Такое наблюдение стимулировало более поздние исследования использования замещенной целлюлозы для диализной мембраны, примеры включают ацетат целлюлозы и триацетат целлюлозы, где в обоих случаях часть гидроксильных групп заменена ацетатной функциональностью. Эти модифицированные целлюлозные материалы значительно ограничивают активацию комплемента за счет устранения участков активной поверхности для взаимодействия с белками комплемента.

Помимо химического блокирования взаимодействия, также были изучены подходы, использующие эффект стерических препятствий. Объемная химическая группа, такая как бензильная группа замещения или группа третичного амина, была использована для замены гидроксильной группы, чтобы стерически минимизировать взаимодействие белка комплемента с мембраной. Современные диализные мембраны в основном изготавливаются из синтетических полимеров, включая полисульфон, полиэфирсульфон, полиакрилонитрил, ПММА, полиамид и полые полипропиленовые волокна. По сравнению с натуральной целлюлозной мембраной синтетические мембраны менее склонны к активации комплемента. Причиной улучшенной совместимости комплемента является снижение уровня поверхностных нуклеофилов для отложения C3b. Более того, некоторые синтетические мембраны богаты отрицательными зарядами на поверхности, которые могут поглощать активированный катионный пептид комплемента (например, C5a) и минимизировать последующее воспаление. Синтетические мембраны обычно имеют значительно больший размер пор и более высокую гидравлическую проницаемость, чем целлюлозные мембраны. Таким образом, синтетические мембраны – лучший выбор для приложений с высоким потоком. Более крупный размер пор также позволяет удалять среднюю молекулу с молекулярной массой от 500 до 2000 Да, которая считается биоактивной и может иметь потенциальное биологическое воздействие.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 6

Гидрофобная природа большинства синтетических мембран способствует улучшению адсорбционной способности по отношению к вредным соединениям, таким как интерлейкин-1, фактор некроза опухоли, интерлейкин-6 и β2-микроглобулин. ПММА и полиакрилонитрил обычно обладают наиболее выраженной адсорбционной способностью. Независимо от их происхождения, мембраны использовались либо в виде полых волокон, что является наиболее распространенным, либо в виде листовых пленок в конструкции с параллельными пластинами. Теперь рассмотрим полимерные биоматериалы для регенерации нервов. Восстановление поврежденных нервов представляет собой огромную проблему из-за сложности физиологии нервной системы. Несмотря на то, что за последние десятилетия был достигнут прогресс, всё еще трудно полностью устранить повреждения, чтобы можно было восстановить утраченные функции нервной системы. Нервная система обычно подразделяется на центральную нервную систему (ЦНС) и периферическую нервную систему (ПНС). Были исследованы различные стратегии восстановления нервов как в ЦНС, так и в ПНС, включая направляющий канал, каркасы с трансплантацией клеток и доставку терапевтических средств. В этом разделе основное внимание будет уделено полимерам, используемым для восстановления проводимости нервов.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 6

Общепризнано, что физическое управление аксонами, длинными отростками, отходящими от тела нейронной клетки и проводящими электрические сигналы, играет решающую роль в восстановлении нервов. Искусственный проводник предназначен для направления отростка аксонов от проксимального конца нервного моста через повреждение и для обеспечения диффузии биомолекул, секретируемых поврежденными нервными окончаниями. Еще одна цель – уменьшить инвазию рубцовой ткани в зону регенерации. Для выполнения этих функций идеальный нервный проводник должен быть полупроницаемым с ориентированными топографическими особенностями внутри канала, поддерживать электрическую активность, обеспечивать доставку биоактивных факторов и поддерживать клеточную адгезию и миграцию. Универсальность полимеров делает их лучшим выбором при разработке каналов для направления нервов. В ранних исследованиях использовались неразлагаемые синтетические полимеры, включая силикон и ePTFE. Хотя силиконовый проводник для направления нервов показал успех в перекрытии зазоров до 10 мм, он не смог поддержать регенерацию через более крупные дефекты. Поэтому позднее усилия были направлены на разработку биоразлагаемого направляющего канала. Преимущество использования разлагаемого материала заключается в том, что можно минимизировать долгосрочные осложнения, такие как фиброзная реакция и сдавливание нервов. Характеристики деградации материала должны соответствовать следующим требованиям: профиль деградации должен соответствовать профилю разрастания аксонов, чтобы направляющий канал сохранял достаточную механическую поддержку во время процесса регенерации, а также продукт (или продукты) разложения должен вызывать минимальную или нулевую реакцию ткани.

Был использован ряд разлагаемых полимеров, включая биоразлагаемые полиэфиры, такие как PGA, PLA, PLGA и поликапролактоны, полифосфазены, полиуретаны и поли-3-гидроксибутират. С появлением исследований, показывающих, что электрический заряд влияет на расширение нейритов in vitro и улучшает регенерацию нервов in vivo, в разработку направляющих каналов были включены полимеры, которые могут обеспечивать электрический стимул. Эти полимеры включают пьезоэлектрические полимеры, такие как ПВДФ и его сополимер, и проводящие полимеры, такие как полипиррол и его биологически модифицированные производные. Другие электроактивные полимеры, такие как полианилин, также могут поддерживать рост нервов, поскольку исследования показали обнадеживающие результаты с клетками сердечных миобластов. Канал наведения нерва может быть полым или заполненным для поддержки удлинения аксонов. Популярным выбором наполнителя является натуральный полимерный гель. В идеале гель должен быть мягким с механическими свойствами, соответствующими свойствам нервной ткани, пористый, чтобы позволить прорастание аксонов, биоразлагаемый и биосовместимый. Был исследован ряд природных полимеров, включая агарозу, хитозан, метилцеллюлозу, гиалуроновую кислоту, альгинат, фибриновые гели, коллаген, кератин и самособирающиеся пептидные каркасы. Агароза – это термически обратимый полисахаридный гидрогель. Ее температуру гелеобразования можно изменить, изменив функциональные группы, присоединенные к остаткам сахара.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 6

Она также может быть функционализирована с помощью различных биологических мотивов, таких как пептидные последовательности, производные ламинина, RGD, YIGSR и IKVAV, для усиления расширения нейритов. В дополнение к гелевому наполнителю в канале использовались продольные нити, синтетические или натуральные, для выравнивания растущих аксонов в направлении регенерации. Материалы, используемые для изготовления филаментов, включают полиамид, кетгут, полидиоксанон, полиглактин, полиакрилонитрил-со-метил-акрилат, коллаген, PLA, PGA и другие. Недавно исследования материалов по трубопроводу для наведения нервов вышли на новый уровень. Химические посредники, такие как нейротрансмиттеры, были полимеризованы в основной цепи полимера для придания нейроактивности полученному биоматериалу. Первым примером этого нового класса полимеров является дофамин, полимеризованный с диглицидиловым эфиром с образованием биоразлагаемого материала, который продемонстрировал интенсивный рост нейритов in vitro и хорошую совместимость с тканями in vivo. Другой пример нового биоактивного полимера – полисиаловая кислота и ее гидрогель. Полисиаловая кислота – это динамически регулируемая посттрансляционная модификация молекулы адгезии нервных клеток. Было показано, что она значительно улучшает адгезию и жизнеспособность клеток in vitro. С ростом понимания биологии регенерации нервов ожидается, что в будущем будет разработано больше биоактивных материалов для своевременного функционального восстановления после повреждения нервов. В следующей части завершим эту тему и начнём рассмотрение вопросов, связанных с переработкой пластиков.

Пластики, эластомеры и нанокомпозиты. Полимерные биоматериалы в медицине. Часть 6

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад