Сотрудники кафедры радиохимии химического факультета МГУ совместно с коллегами из НМИЦ ССХ им. Бакулева создали и запатентовали биопротез сердечного клапана, поверхность которого покрыта наноалмазами. Протез из синтезированного материала может без замены функционировать в организме до 20 лет.
Биологические протезы клапанов сердца на основе бычьего перикарда широко используются в мировой кардиохирургии. Для предотвращения иммунного ответа и увеличения механической прочности биоткани матрицы таких биопротезов стабилизируют глутаровым альдегидом. Однако у этой техники есть побочный эффект: свободные альдегидные группы альдегида, не связавшиеся с белковой структурой матрицы, являются центрами развития кальциноза – отложения солей кальция на ткани. В результате такой протез имеет ограниченный срок эксплуатации.
Создание биологических протезов с существенно большим сроком службы (порядка нескольких десятков лет) позволят снизить риск необходимости повторных операций по их замене, что особенно важно для пациентов пожилого возраста. Для предотвращения кальциноза тканей необходимо дополнительно модифицировать поверхностность матрицы. Известен способ обработки бычьего перикарда хитозаном из воды, насыщенной углекислым газом при высоком давлении. Хитозан позволяет повысить эффективность, сроки функционирования в организме и эластичность биологического протеза, однако такой материал характеризуется низкой прочностью.
Теперь параметры прочности и долговечности удалось совместить. Российские учёные запатентовали биологический протез на основе бычьего перикарда с нанесённой на поверхность суспензией наноалмазов. «Исходную биоткань изготавливают специалисты НМИЦ ССХ им. Бакулева, – рассказал декан химического факультета МГУ и заведующий кафедрой радиохимии, член-корреспондент РАН Степан Калмыков. – Сотрудники кафедры радиохимии химического факультета МГУ наносят на её поверхность „алмазное покрытие“ и определяют параметры материала: толщину плёнки, равномерность нанесения покрытия, в ИНЭОС РАН им. А. Н. Несмеянова проводят испытания материала на прочность».
Наноалмазы — углеродная наноструктура, атомная решётка которой идентична алмазу. Размеры наноалмазных частиц не превышают пары десятков нанометров. Материал, созданный ещё в 1960-е в закрытом советском ядерном центре в Арзамасе-16 (совр. Саров), долгое время не находил практического применения. Но начиная с 1990-х исследователи во многих странах мира стали изучать биологические свойства наноалмазов – было обнаружено, что небольшие углеродные частицы могут быть средством адресной доставки лекарств к поражённым тканям.
Химики МГУ готовят из чёрного порошка наноалмазов водную суспензию, в которую погружают бычий перикард. «Наноалмаз на поверхности биоткани создаёт плёнку, которая придаёт материалу дополнительную прочность, при этом сохраняет его упругость и S-образную форму кривой напряжение – деформация, что важно при разработке биосовместимых материалов», – прокомментировала один из авторов патента, доцент кафедры радиохимии МГУ, к.х.н. Мария Чернышёва.
Покрытый наноалмазами биоматериал не теряет своих механических характеристик: модуль Юнга модифицированного перикарда составляет около 30 МПа, как и для исходного материала, при этом прочность на разрыв увеличивается до 9-10 МПа по сравнению с 6 Мпа для исходного материала.
«Необходимо отметить, что на поверхность наноалмаза можно дополнительно нанести биологически активные вещества. Это позволит дополнительно улучшить свойства биоткани», – добавила Мария Чернышёва.
Изображение. Автор – М. Чернышёва