Адсорбция альбумина человека на поверхность биоматериалов с различными физико-химическими и гемосовместимыми свойствами Друшляк, Ирина Викторовна

Введение к работе

Актуальность темы. Одним из фундаментальных вопросов в области создания медицинских изделий, контактирующих с кровью (искусственное сердце, аппараты искусственного и вспомогательного кровообращения, сосудистые протезы и т.д.) является изучение взаимосвязи между физико-химическими и гемосовместимымн свойствами биоматериалов.

Известно, что адсорбция белков является первым этапом взаимодействия крови с чужеродной поверхностью. Хотя большинство исследований гемосовмести-мых свойств биоматериалов связано с выяснением процессов образования адсорбционного белкового слоя и изменения его свойств со временем, до настоящего времени данные о влиянии физико-химических свойств материалов (химический состав, аморфность и кристалличность структуры, гидрофилыюсть или подрофобности поверхности и др.) на характер адсорбционно-десорбционных процессов белков достаточно противоречивы. Так, нет единого мнения о химическом составе, структуре и энергетических и адсорбционных свойствах материала, которые бы обеспечивали необходимую гемосовместимость изделия.

К моменту начала данной работы в Центре по исследованию гемосовмести-мых биоматериалов НИИ трансплантологии и искусственных органов был разработан метод флюоресценции полного внутреннего отражения (ФПВО), позволяющий в условиях потока и реальном масштабе времени исследовать кинетику адсорбции белков на поверхность различных материалов. Информативность метода ФПВО и предложенной модели энергетически неоднородного взаимодействия поверхности с белком была доказана в серии работ на примере кварца, полиднмегилсилоксана и двух гсмо-совместимых полимерных материалов; гидрофобного «шоксана и гидрофильного мультиблоксополимера. Однако, из-за малого количества исследованных поверхностей вопрос о сравнительной роли физико-химических свойств материалов в их гемо-совместимости на стадии адсорбции белков остался не решенным.

Целью работы явилось исследование методом ФПВО взаимосвязи адсорбционных, физико-химических и гемосовместимых свойств материалов медицинского назначения.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены следующие основные задачи;

- провести сравнительный анализ адсорбционных и гемосовместимых

свойств полиэфируретанов, отличающихся степенью гидрофилыюсти поверхности;

исследовать влияние кристаллической и аморфной структуры материалов на их адсорбционные и гемосовместимые свойства;

исследовать влияние пассивации белками крови человека поверхности гемосовместимых материалов на их адсорбционно-энергетические свойства.

Научная новизна

1. Показано, что вероятность гемосовместимости гидрофильных поверхностей выше, по сравнению с гидрофобными, что связано со значительно меньшими изменениями адсорбционных характеристик гидрофильных материалов в первые минуты контакта с кровью.

2. Доказано, что независимо от физико-химических свойств материала, повышение его гемосовместимости в результате предварительной альбуминизации поверхности сопровождается снижением количества центров адсорбции и одновременным увеличением доли центров с низкими значениями констант скоростей адсорбции.

3. Доказано, что сближения адсорбционно-энергетичсских характеристик поверхности материалов с различной химической природой, структурой и гидрофильно-стыо после предадсорбции различными белками зависит от состава и концентрации пассивирующего раствора белков.

4. Показано, что плоскость монокристалла лейкосапфира с максимальным значением свободной поверхностной энергии (ус) адсорбирует большее количество белков плазмы крови и тромбоцитов по сравнению с плоскостью с минимальным значением у_с.

5. Установлено, что изменяя электронную структуру и состав аморфных угле-родсодержащих покрытий, можно существенно варьировать их адсорбционные и гемосовместимые свойства.

Практическая значимость.

Доказана правомерность использовать распределение плотности центров адсорбции относительно констант скоростей адсорбции белков в качестве одного из критериев гемосовместимости в условиях in vitro материалов различной природы.

Установлено, что проведение пассивации белком поверхности медицинских изделий в условиях близких к тем, которые реализуются при контакте материала с кровью (обработка поверхности сывороткой, плазмой крови, повышение концентрации белков в модельных растворах), значительно больше увеличивает их гемосовме-

стимость на стадии адсорбции белков, по сравнению с обработкой поверхности раствором альбумина.

Показано, что создание гемосовместнмых гидрофильных материалов медицинского назначения является более перспективным направлением, по сравнению с разработкой гемосовместнмых гидрофобпых материалов.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на копферепции Американского общества искусственных органов (ASAIO) «Cardiovascular Science and Technology», Вашингтон, США, декабрь 1994; семинаре Центра по исследованию гемосовместнмых биоматериалов НИИ трансплантологии и искусственных органов, Москва, апрель 1997.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в б печатных работах в отечественных и зарубежных журналах.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, выводов и практических рекомендаций. Изложена па /02 сграницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 8 таблиц и список цитированной литературы из 120 наименований.