Полімери– речовини, які є великими молекулами (макромолекули), які складаються ідентичних фрагментів (молекул мономерів) або їх агрегатів. Полімери підрозділяються на природні (біополімери) та штучні, які інакше називаються пластиками або пластмасами. Сьогодні полімери є одним з найбільш затребуваних та розповсюджених класів матеріалів, які знаходять використання у майже всіх областях діяльності людини – наприклад, медицині, енергетиці, видобуванні корисних копалин і навіть «розумних» вікнах, покришках та пакетах! Але зараз ми поговоримо про деякі аспекти застосування полімерів у медицині.
Одна з головних задач медичної техніки – виготовлення штучних органів, які можна використовувати замість пошкоджених. Будь-які технічні прилади, які зараз використовуються для цієї мети, у тому числі ті, що вживлюють у людський організм, за ефективністю не можуть зрівнятися з природними, оскільки на відміну від них штучні органи функціонують за певною програмою, закладеною людиною. Сучасні досягнення у області створення полімерів дозволили розробити так звані «розумні» полімери. Їх особливість полягає в тому, що вони, за аналогією з живою матерією, здатні самостійно сприймати інформацію з навколишнього середовища та змінюватись відповідно до цієї інформації. Серед них можна назвати наступні:
– гідрогелі.
Полімерні гідрогелі на основі «розумних» полімерів – це пористі, добре набухаючі, але нерозчинні у воді матеріали, які при зміні зовнішніх умов, наприклад, температури, кислотності або хімічного складу середовища здатні змінювати ступінь набухання у воді або навіть переходити у розчинний стан. Якщо такий гідрогель попередньо наситити лікарським засобом, то при зміні зовнішніх умов він частково зруйнується, лікарська речовина звільниться і почне діяти. Хіміки та медики працюють над тим, щоб визначити умови, за яких гідрогель змінюватиме свої властивості в той чи інший бік.
Гідрогелі готують з використанням різноманітних полімерних матеріалів, які можна розділити на дві категорії відповідно до їх походження: природні або синтетичні полімери. Природні полімери для приготування гідрогелю включають гіалуронову кислоту, хітозан, гепарин, альгінат, желатин і фібрин.
Хітозан
Звичайні синтетичні полімери включають полівініловий спирт, поліетиленгліколь, поліакрилат натрію, акрилатні полімери та їх кополімери.
Натрій поліакрилат
У той час як природні гідрогелі зазвичай нетоксичні та часто забезпечують інші переваги для медичного використання, такі як біосумісність, здатність до біологічного розкладання, антибіотичний/протигрибковий ефект і покращують регенерацію прилеглих тканин, їх стабільність і міцність зазвичай набагато нижчі, ніж у синтетичних гідрогелів;
– покриття ран та опіків.
Однією з нових розробок є полімерне покриття ран та опіків, яке забезпечує регульовану швидкість виділення ліків у зону травми. Відомо, що при наявності інфекції у зоні запалення підвищується кислотність середовища. Вже зараз розроблений полімерний нерозчинний гідрогель при нормальному pH крові (а це близько 7,4) здатний утримувати в собі антибіотики. При підкисленні середовища, що має місце при запаленні, «комірки» гелю, завдяки спеціально закладеним у його структурі властивостям, розширюються і ліки надходять у рану. Як тільки запалення проходить, pH підвищується, стає нейтральним і надходження ліків також припиняється. Цей принцип лежить в основі роботи багатьох протиопікових та антимікробних гелів, що застосовуються для лікування трофічних виразок та гнійних запалень і навіть післяопераційних травм. Гелем повністю обробляють поверхню рани, де він забезпечує дренаж рани та гарантує постійне надходження ліків. Після закінчення лікування гель можна легко видалити промиванням водою без пошкодження новоутвореної тканини;
– доставка ліків у проблемні місця.
Ще однією якістю, якою володіють полімерні гідрогелі, є реакція на зміну температури. Щоб змусити гель змінити свій стан, можна впливати на нього спеціальними хвильовими нагрівачами або дочекатися підвищення температури в результаті природної реакції організму на будь-яке локальне запалення. Створений полімер, який випадає переходить до нерозчинного стану у розчині при підвищенні температури понад 37 оС. Вчені з’єднали цей полімер з лікарською речовиною, здатною розчиняти згустки крові, завдяки чому гель став виконувати роль антитромботичного засобу. Випробування проходили на моделі кровоносної системи людини – насос імітував роботу серця, а сполучені ємності виступали в якості уражених тромбозом органів. При температурі моделі 36 оС у кровотік ввели ферменти, що розчиняють згустки; тривалість їх розчинення складав близько 15 годин. . Після цього ємність, що імітувала уражений тромбозом орган, нагріли до 38 оС і ввели ферменти. Результат був однаковий – в обох ємностях (як підігрітій, так і ні) тромб розчинявся приблизно за один і той же час. Потім у модель кровоносної системи ввели фермент, зв’язаний з полімером, що випадає в осад при температурі вище 37 оС. Один ємність нагріли до 38 оС, а іншу залишили при температурі 36 оС. В результаті у нагрітій ємності згусток крові швидко розчинився, а в іншій залишився без зміни. Лікарський засіб, зв’язаний з полімером, зібрався в нагрітій ємності. Таким чином полімер довів свою ефективність – він доставив весь розчин лікарської речовини у точку запалення. Як зазначають фахівці, в домашніх умовах використовувати полімер для доставки ліків буде неможливо, тому що ліки разом з полімером повинні бути введені в кровотік, однак у будь-якій медичній установі це зробити цілком реально. Важливість такого транспортера ліків стає очевидною, якщо врахувати те, що зазвичай близько 90 % ліків витрачається дарма, не дійшовши до зони ураження. При цьому велика кількість лікарських речовин ще й токсична для навколишніх тканин;
– штучний кишківник.
Японським ученим вдалося створити технічний прилад із полімерного гелю, який може самостійно скорочуватися та виконувати функцію кишківника. Штучний кишківник повністю повторює перистальтику свого природного аналога. Він здатний стискатися як м’яз, пересуваючи вперед кільцеподібне потовщення. Так само наш кишківник транспортує їжу. Японські дослідники імітували як роботу мускулатури кишечника, а і його власний ритм. Під дією атомів рутенію полімер хвилеподібно змінює свої властивості – то набухаючи, то спухаючи. Такий орган може працювати повністю автономно.
І це лише деякі можливості «розумних полімерів» у медицині! Насправді ж, як стверджують вчені, перспективи їхнього використання просто безмежні.
Гуріна Галина Іванівна, Пилипенко Олексій Іванович
