Российские и чешские ученые совместно разработали уникальные «умные» пленки, которые отталкивают от поверхностей грибки и бактерии. Технология наверняка найдет применение в медицине — новым материалом можно будет покрывать вживляемые в организм человека имплантаты и биосенсоры. Загрязнение этих устройств несет риски для жизни пациента, и в этой ситуации «умные» пленки выглядят решением проблемы, говорят медики. Более того, такие покрытия увеличат срок службы имплантатов. Однако часть опрошенных «Известиями» экспертов обратила внимание на не до конца изученное влияние на клетки человека некоторых используемых в пленках полимеров.
Прилип как грибок
Биомедицинская техника используется для лечения сердечно-сосудистых, онкологических заболеваний, применяется как средство дистанционного мониторинга жизненно важных параметров организма человека, в медицинской робототехнике. Например, имплантируемые устройства, работающие на принципе электростимуляции, используются для лечения пациентов с эпилепсией, болезнью Паркинсона, глухотой и при других патологических состояниях. Для создания такой техники используют метаматериалы — композиционные искусственно структурированные материалы с «настраиваемыми» свойствами, которые отсутствуют в природе.
Микроорганизмы — грибки и бактерии — способны изменить структурные и функциональные характеристики и даже разрушить полимерные материалы. Ученые из Института высокомолекулярных соединений (ИВС) РАН совместно с коллегами из Института макромолекулярной химии Чешской академии наук нашли способ решить эту проблему. Он позволит создавать абсолютно безопасные биосенсоры, имплантаты и другие вживляемые в организм устройства, которые будет служить пациенту гораздо дольше.
Как пояснили разработчики, особенно остро проблема загрязнения микроорганизмами стоит в области конструирования биоэлектрохимических устройств, в составе которых используются электропроводящие полимеры. Компоненты крови человека (как, например, сывороточный альбумин) при взаимодействии с имплантированной биоэлектроникой с течением времени могут вызвать неспецифическую адгезию — то есть «прилипание» микроорганизмов к устройству. А это, в свою очередь, вызывает сбои в их работе.
Избежать этого помогут специальные «умные» пленки, которые способны «отталкивать» разрушающие полимеры элементы за счет своих электрохимических свойств. Испытания на кишечной палочке показали, что «налипанием» бактерий можно управлять.
— Мы научились синтезировать композитные полиэлектролитные микросферы, содержащие в своей структуре электропроводящий полимер, и сделали на их основе «умные» пленки. Они показали свою эффективность в качестве противообрастающих покрытий, — рассказала «Известиям» старший научный сотрудник лаборатории полимерных сорбентов и носителей для биотехнологии ИВС РАН Наталья Шевченко.
Научный проект находится в стадии разработки. Ученые уже изучили первые успешные полимерные пленки. Дальнейшие исследования продолжатся совместно с медиками.
Имплантация без микробов
Разработанная технология позволит существенно увеличить срок службы вживляемых в организм человека устройств, считают отпрошенные «Известиями» эксперты. Проблема накопления биологически активных веществ на поверхности электропроводящих полимерных пленок особенно актуальна для систем контроля за физиологическим состоянием человека — биосенсоров.
— Микроорганизмы — грибки и бактерии — на их поверхности представляют большую опасность, поскольку могут приводить к сбоям в работе биоэлектроники, в том числе жизненно важной, а также снижать сроки их службы, — рассказала доцент кафедры биотехнических систем, руководитель направления «Портативные медицинские системы и комплексы» СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Анна Глазова
Поэтому разработку можно успешно внедрить в медицину и использовать как покрытие для различных устройств, в том числе в системах адресной доставки лекарств и контроля за физиологическим состоянием человека, — дистанционного мониторинга состояния здоровья и профилактики хронических заболеваний.
Полученные частицы также перспективны для разработки противобактериальных покрытий при производстве имплантатов, считает доцент Высшей школы биомедицинских систем и технологий СПбПУ Руслан Смыслов.
Использованный авторами метод получения «умных» пленок открывает большой спектр возможностей для обработки материалов, поскольку данные покрытия можно наносить на любые подложки, рассказала «Известиям» научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Елизавета Пермякова.
— Однако использование данных покрытий в качестве биомедицинских материалов представляется маловероятным, несмотря на выраженные антибактериальные и бактериооталкивающие свойства. Есть работы, которые показывают достаточно высокую цитотоксичность (свойство химических веществ или физических воздействий вызывать патологические изменения в клетках. — «Известия») используемых полимеров — того же полистиролсульфона — даже при очень низких концентрациях (≤0.5%), — предупредила она.
Исследования поддержаны Минобрнауки России и комитетом по науке и высшей школе правительства Санкт-Петербурга. Научная статья опубликована в журнале Sensors.