Ученые из двух столичных вузов разработали покрытие из коллагена и углеродных наночастиц для отечественного аппарата вспомогательного кровообращения «Спутник» и других подобных устройств. Новый материал наносят на титановые импланты, чтобы уменьшить риск образования тромбов. Еще одна разработка этого коллектива — специальный микрофлюидный чип для изучения свойств таких покрытий.
Аппараты вспомогательного кровообращения (имплантаты) используют как альтернативу трансплантации, когда ожидание пересадки органов может длиться несколько лет. Такие устройства имплантируют пациентам с терминальной стадией сердечной недостаточности. Зачастую это позволяет им дожить до операции пересадки донорского сердца.
«Спутник» — единственный зарегистрированный в нашей стране аппарат, предназначенный для замены транспортной функции левого желудочка у пациентов с тяжелыми формами сердечной недостаточности. Его имплантировали уже более чем 50 пациентам. Однако при контакте аппарата с кровью у человека может возникнуть повышенное тромбообразование. Причиной может стать невысокая гемосовместимость титановых имплантов, то есть их материал может вызывать изменения в составе крови. Это подтолкнуло авторов разработки начать поиски особого покрытия, способного снизить побочные процессы и выдерживать сильный поток крови в уязвимых местах имплантатов.
Как сообщают в пресс-службе Минобрнауки, в качестве такого покрытия исследователи из Московского института электронной техники (НИУ МИЭТ) вместе с коллегами из Первого Московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова (Сеченовского университета) предложили использовать слой, образованный соединением биополимера коллагена и углеродных наночастиц в виде трубок.
«Углеродные наноматериалы сравнительно недавно стали использовать для таких целей, но они уже успели отлично зарекомендовать себя в качестве основы биосовместимых функциональных покрытий. Коллаген же является важным структурным и механическим строительным белком различных биотканей, и его часто применяют как компонент тканеинженерных каркасов для восстановления структуры тканей. Известно, что коллаген может обеспечивать антикоагулянтный эффект (препятствующий образованию тромбов), однако на данный момент практически нет данных об эффекте антитромбогенности при контакте покрытия из коллагена с потоком крови. Наше исследование доказывает, что коллаген — вполне подходящий кандидат для разработки покрытия, предотвращающего образование тромбов», — рассказал руководитель исследования, начальник лаборатории биомедицинских нанотехнологий Института биомедицинских систем МИЭТ Александр Герасименко.
Для исследования нового покрытия разработали микрофлюидное устройство, которое имитирует работу полноценного аппарата вспомогательного кровообращения в организме человека и помогает ему обеспечивать контакт с модельным образцом крови. В его основе — чип с микроканалами, с помощью которого можно тестировать устойчивость и тромбогенность материала, используя при этом минимальный объем крови — не более 100 мл.
«Соединение коллагена с каркасной наноструктурой из нанотрубок в нашем покрытии улучшила его механические свойства: покрытие способно выдерживать напряжение сдвига потока крови, аналогичное реальному потоку в аппаратах вспомогательного кровообращения. Чтобы провести испытания, мы воссоздали такое же напряжение сдвига в микрофлюидном устройстве. Известно, что степень тромбообразования сильно зависит от этого параметра, именно поэтому чип с микроканалами сконструирован таким образом, чтобы выдерживать высокие напряжения сдвига без протечки. Кроме того, наше устройство позволяет обходиться малым объемом перекачиваемой жидкости и экономно расходовать кровь для многочисленных испытаний», — пояснила один из основных исследователей в команде проекта, магистрантка МИЭТ Кристина Попович.
По словам авторов, уникальность разработки заключается также в его многоразовости: чип можно использовать для испытания большого числа покрытий.
Тестирование нанокомпозитного покрытия при помощи нового устройства подтвердило, что оно подходит для сердечно-сосудистых имплантатов. Как сообщают ученые, в будущем разработанное покрытие может найти применение как у производителей отечественных имплантируемых устройств, так и у производителей систем очистки крови и подобных аппаратов. А микрофлюидное устройство поможет при имитации процессов, происходящих в почках, печени, семявыводящих протоках и других частях организма.
Помимо Сеченовского университета, в разработках заинтересованы производители отечественных имплантируемых устройств и систем очистки крови.
Работа ведется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030», одной из мер государственной поддержки университетов нацпроекта «Наука и университеты». Результаты исследования опубликованы в одном из международных научных изданий.
