Разработаны композитные покрытия для медицинских имплантатов
Ученые из НИУ МИЭТ разработали биосовместимые композитные покрытия на основе коллагена и углеродных нанотрубок для медицинских имплантатов, контактирующих с кровью, таких как аппараты вспомогательного кровообращения. Материал обладает антитромбогенными свойствами. Результаты опубликованы в коллективной международной монографии.
Сердечно-сосудистые заболевания остаются главной причиной смертности в мире, а имплантаты, призванные спасать жизни, часто обладают критической проблемой: кровь воспринимает их как угрозу, что может привести к летальному исходу пациента. Разработка ученых МИЭТ позволяет устранить этот недостаток имплантатов.
«Имплантируемые перекачивающие кровь устройства часто вызывают осложнения в виде тромбоза, что приводит к закупорке сосудов и гемолизу (разрушению красных кровяных телец) из-за контакта искусственных поверхностей с кровью. Традиционные методы антикоагулянтной терапии, например, применение гепарина, имеют серьезные ограничения, включая риск тромбоцитопении и необходимость постоянного мониторинга состояния крови. Мы разработали микрофлюидный чип, который является эффективной платформой, воспроизводящей реальные условия кровотока, включая высокие напряжения сдвига. Это позволило точно оценить, как покрытия ведут себя в динамике, а не в статической среде, как делалось ранее», — рассказала один из авторов статьи, сотрудница Института биомедицинских систем НИУ МИЭТ Кристина Попович.
По словам ученого, разработанные покрытия имитируют естественные свойства эндотелия сосудов, что позволяет снизить адсорбцию белков и активацию тромбоцитов. Другая важная составляющая исследования — разработанная авторами методика тестирования материалов покрытий в условиях, максимально приближенных к реальным, под воздействием непрерывного потока жидкости с контролируемыми параметрами.
«Разработанный микрофлюидный чип представляет собой микролабораторию для исследования биосовместимых материалов. Созданное покрытие за счет лазерно-индуцированной каркасной структуры из углеродных нанотрубок обладает электропроводностью. Как известно, воздействие электрического тока с определенными параметрами может влиять на свертывание крови. Таким образом, появляется возможность управления свойствами крови, что является эффективным инструментом для разработки и испытания новых лекарственных препаратов и биомедицинской техники. Материалы на основе углеродных наночастиц, одновременно обладающие управляемыми физико-химическими и биологическими свойствами, необходимы для создания элементов компонентной базы биоинтегрированной электроники», — отметил еще один автор статьи, заместитель директора по научной работе Института биомедицинских систем НИУ МИЭТ Александр Герасименко.
Новые композитные покрытия на основе коллагена и углеродных нанотрубок обладают рядом преимуществ, которые делают их перспективными для применения в медицинских устройствах. Во-первых, они демонстрируют высокую устойчивость к механическим нагрузкам, что критически важно для имплантатов, работающих в условиях интенсивного кровотока. Во-вторых, эти материалы обладают антитромбогенными свойствами: адсорбция альбумина (белка, который запускает процесс тромбообразования) на таких покрытиях оказалась в два раза ниже, чем на титановой поверхности. Это означает, что имплантаты с такими покрытиями смогут дольше работать без образования тромбов, снижая риск закупорки кровеносных сосудов и летального исхода. В-третьих, технология их нанесения с помощью распыления и последующего испарения растворителя с помощью лазерного воздействия позволяет создавать однородные и тонкие слои, что упрощает интеграцию в медицинские устройства.
Кроме того, разработанный микрофлюидный чип для тестирования покрытий предполагает использование малых объемов модельной жидкости или крови, что делает исследования более экономичными и эффективными в лабораторных условиях. В перспективе такие покрытия могут быть применены не только в насосах, заменяющих сердце, но и в других имплантатах, например, стентах или искусственных клапанах сердца и полимерных сосудах, значительно улучшив их безопасность и срок эффективной работы.