Введение к работе
Актуальность работы. Текстиль, предназначенный для технических целей, занимает около 40% ото всех текстильных материалов, выпускаемых в настоящее время в мире, а 25-30% от выпускаемого объема технического текстиля составляет медицинский текстиль (рынок медтекстиля – 3,5 млрд. долларов США в год). Медицинский текстиль - широкое понятие, охватывающее круг материалов, которые используются не только в лечебной практике (в том числе для лечения системных заболеваний), но и во многих других сферах жизнедеятельности человека: при работе в экстремальных условиях, занятиях спортом, активном отдыхе, в косметологии, в медицине (медицинское белье, одежда для врачей) и т.д. С давних пор текстильные изделия широко использовались как перевязочные, например, для закрытия ран, порезов, благодаря своим специфическим свойствам – сорбционной способности, воздухопроницаемости, драпируемости и т.д. Однако сегодня текстильные материалы нового поколения могут использоваться не только для закрытия ран, но и для лечения пораженных участков, на которые накладывается повязка (текстильная аппликация, салфетка), осуществляя лечение с помощью лекарственных препаратов (ЛП), содержащихся в ней. Таким образом, текстильный материал можно рассматривать как матрицу (или как «депо»), из которой должен осуществляться массоперенос (транспортирование) ЛП в организм к очагу поражения. Вопросы транспорта и средств доставки лекарственных препаратов в организм непосредственно к органам, тканям, клеткам все больше занимают ученых. Этот интерес обусловлен многими причинами и, прежде всего, огромной медицинской и экономической выгодой, получаемой от применения систем направленного транспорта лекарств, обусловленной снижением побочных эффектов от их применения, значительного сокращения терапевтических доз препаратов, что особенно важно при лечении онкологических больных, когда используются токсичные препараты, негативно влияющие на здоровые органы и ткани, кровеносную систему, угнетающие иммунитет. Отсюда следует очень важная задача – подвести препарат к очагу поражения максимально адресно, в нужной концентрации, минуя, по-возможности, другие органы. Сегодня созданы различные лечебные, в том числе текстильные материалы (салфетки, аппликации, пластыри) для доставки ЛП при хирургическом лечении заболеваний, в дерматологии, эндокринологии, при оказании первой медицинской помощи, в том числе для остановки кровотечений, и практически отсутствуют материалы для такой важной области медицины как онкология, хотя в них существует большая потребность. В Российской Федерации показатели онкологической заболеваемости сохраняются стабильно высокими и ежегодно регистрируется более 460 тыс. впервые выявленных онкологических больных. В 2007 году в структуре смертности удельный вес онкологических заболеваний составил 13,7%, уступив только сердечно-сосудистой патологии. К концу 2008 г. на учете в онкологических учреждениях России состояло более 2,6 млн. больных. Ежегодно в России более 200 тыс. больных впервые признают инвалидами от онкологического заболевания (13,5% от общего числа инвалидов). Расходы на выплаты по инвалидности и лечению больных в III-IV стадиях заболевания являются одной из наиболее затратных статей бюджета. Для лечения онкологических заболеваний используют хирургию (оперативное лечение) и консервативное (химио– и лучевую терапию), причем в лучевом и химиолучевом лечении нуждаются 70 % больных. Именно поэтому разработка новых лечебных текстильных материалов и средств для лечения онкологических заболеваний, в том числе с использованием лучевой терапии (облучения), а также методик их применения стали важной социальной и народнохозяйственной задачей для различных областей науки и всего практического здравоохранения, а работа, направленная на решение указанных задач является актуальной.
Работа проведена в рамках программы «Здравоохранение» п.9.1. «Онкология», а также по заданию Московского комитета по науке и технологиям на основании Городских Программ развития науки и технологии в интересах г. Москвы (2003 – 2006 г.г.), Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (2003 – 2010 г.г.), Департамента науки и промышленной политики г. Москвы (2008 – 2010 г.г.), Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (2010, 2011 г.г.).
Цель и задачи исследования
Цель диссертационной работы - разработка научно обоснованной технологии производства полимерных текстильных и гидрогелевых аппликационных материалов направленного лечебного действия для лучевой терапии онкологических заболеваний и создание на ее основе широкого ассортимента лечебных материалов с требуемыми по медицинским показаниям препаратами (цитостатиками, радиомодификаторами, антиоксидантами, иммуномодуляторами), обеспечивающего повышение эффективности лечения, снижение его токсичности и улучшение качества жизни онкологических больных. Особенностью создаваемого ассортимента лечебных текстильных и гидрогелевых аппликаций является необходимость направленной доставки с их помощью в очаг поражения (например, опухолевые ткани) строго определенной эффективной концентрации лекарств, индивидуальной для каждого из используемых препаратов, при их минимальном накоплении в неповрежденных тканях и органах. Таким образом, необходимо создать текстильные депо-материалы с заранее заданными свойствами, обеспечивающие в результате массопереноса импрегнированных в них лекарственных препаратов прогнозируемую, строго определенную по медицинским показаниям концентрацию лекарства непосредственно в опухоли.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1. Проведен анализ существующих способов получения лечебных материалов на текстильной и гидрогелевой основе для местного, в т.ч. трансдермального действия и принципов адресной доставки лекарственных препаратов к пораженным тканям; рассмотрены особенности создания лечебных материалов, используемых в лучевой терапии, с учетом специфики биохимических процессов.
2. Обосновано использование технологий отделки тканей, в т.ч. текстильной печати для создания аппликационных материалов на текстильной основе, позволяющих осуществлять направленную пролонгированную доставку импрегнированных в них лекарственных препаратов к очагу поражения (опухоль и близлежащие ткани).
3. Обоснован выбор на основе медицинских, санитарно-гигиенических и технологических требований текстильных материалов, выполняющих функцию «депо» для лекарственных препаратов, и составов печатных композиций (полимеры-загустители, лекарственные препараты) с целью получения аппликационных лечебных материалов на текстильной и гидрогелевой основе пролонгированного действия.
4. Исследовано влияние состава полимерной композиции, количественного соотношения в ней различных полимеров на регулирование полноты и скорости массопереноса лекарственных препаратов в модельные и биологические среды с целью повышения адресности подведения лекарств, пролонгации действия аппликаций и создания в очаге поражения необходимой концентрации препаратов, обеспечивающей повышение эффективности лечения.
5. Разработаны методы моделирования массопереноса лекарственных препаратов в биологические среды и изучено влияние компонентов лечебной композиции (полимеров) на высвобождение лекарств из аппликационных материалов; исследованы закономерности процесса массопереноса лекарственных препаратов из лечебного аппликационного материала к очагу поражения с целью прогнозирования их высвобождения во внешнюю среду, дальнейшего накопления в опухолевых тканях.
6. Создан на основе разработанной технологии ассортимент лечебных текстильных материалов местнонаправленного действия с радиомодифицирующими, цитостатическими, иммуномодулирующими и антиоксидантными свойствами для повышения эффективности лучевой терапии больных со злокачественными новообразованиями кожи, молочной железы, головы и шеи; разработан ассортимент гидрогелевых материалов направленного действия с радиомодифицирующими, иммуномодулирующими и антиоксидантными свойствами для повышения эффективности лучевой терапии при лечении проктологических, гинекологических опухолей и опухолей орофарингеальной зоны.
7. Разработаны технологические регламенты производства ассортимента лечебных аппликаций на текстильной и гидрогелевой основе, используемых в лучевой терапии онкологических больных.
8. Проведены технические и медико-биологические испытания лечебных текстильных и гидрогелевых аппликаций, их клиническая апробация с целью получения разрешений Минздравсоцразвития Российской Федерации на их промышленный выпуск и широкое клиническое применение.
9. Получены разрешительные документы на производство, продажу и широкое клиническое применение разработанных текстильных и гидрогелевых аппликаций, а также сертификаты соответствия.
Объектами исследования являются лечебные аппликационные текстильные и гидрогелевые материалы, полученные с помощью технологии текстильной печати, а также оценка эффективности их использования.
Предметом исследования являются анализ закономерностей массопереноса лекарственных препаратов из текстильных и гидрогелевых лечебных материалов в зависимости от свойств текстильной основы, полимеров-загустителей, их соотношения в композиции, свойств лекарственных препаратов и возможность прогнозирования их накопления в опухолевых тканях, а также установление связи между параметрами предлагаемой технологии и эффективностью лечебных свойств текстильных и гидрогелевых аппликаций.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов
В работе использованы известные, в т.ч. ГОСТированные методы определения количественных показателей физико-механических и санитарно-гигиенических свойств текстильных материалов. Концентрацию лекарственных препаратов в модельных средах и опухолевых тканях определяли методом спектрофотометрии с использованием спектрофотометров Shimadzu UV-2100, СФ-102, HEWLETT-PACKARD 8452А, CARY 100 по разработанным методикам. Структуру гидрогелевых композиций исследовали методом фотонно-корреляционной спектроскопии на приборе N5 «Becman Counter»; измерение интенсивности хемилюминесценции проводили на установке СНК-7, разработанной и изготовленной в Институте химической физики РАН, спектры поглощения флуоресценции при изучении фотосенсибилизирующих свойств лекарственных препаратов определяли на приборе ОСА WP4. Обработка опытных данных осуществлялась с использованием общепринятых методов математической статистики при 95% доверительной вероятности. Вычислительные процедуры реализовывали с применением ПЭВМ, используя программы Statistica, MathCad 2000, MS Excel.
Научная новизна работы
Новыми являются следующие результаты работы:
1. Разработана методология получения эффективных лечебных текстильных и гидрогелевых аппликаций, обеспечивающих прогнозируемое высвобождение и направленную доставку в строго определенной по медицинским показаниям концентрации лекарства непосредственно к патологическим тканям и органам.
2. Выявлены закономерности гетерогенного межфазного массопереноса лекарств из лечебных аппликаций во внешнюю среду в зависимости от природы текстильного материала (волокнистый состав, плотность и т.д.), природы биополимерной композиции (соли альгиновой кислоты, производные хитозана), свойств лекарств (растворимость, концентрация и др.), позволившие создать материалы с заданными лечебными свойствами.
3. Впервые найдена и обоснована корреляция между исходной концентрацией лекарственных препаратов в аппликации (текстильной, полимерной на основе полисахаридов) и в поврежденных тканях (очаг поражения), соответствующая медицинским требованиям, основанная на изучении специфики межфазного массопереноса препаратов в различные (в том числе биологические) среды.
4. Научно доказана принципиальная возможность обеспечения в очаге поражения (опухолевых тканях) необходимой по медицинским показаниям концентрации лекарственных препаратов путем использования депо-системы (текстиль, полимеры-загустители), полученной по технологии текстильной печати.
На защиту выносятся:
– разработанная универсальная технология получения аппликационных текстильных и гидрогелевых материалов, обеспечивающих повышение эффективности лучевой терапии и использующихся для профилактики лучевых реакций и осложнений у онкологических больных;
– ассортимент новых лечебных аппликационных текстильных и гидрогелевых материалов для повышения эффективности лучевой терапии с препаратами-модификаторами (5-фторурацилом, метронидазолом и др.);
- ассортимент новых лечебных текстильных и гидрогелевых материалов для профилактики лучевых реакций и осложнений с антиоксидантами и иммуномодуляторами (мексидолом, прополисом и деринатом).
Практическая ценность и реализация результатов работы
Разработана универсальная технология, на основе которой создан широкий ассортимент новых отечественных эффективных аппликационных материалов направленного лечебного действия с различными лекарственными препаратами для повышения эффективности лучевой терапии онкологических заболеваний, снижения частоты развития лучевых реакций и осложнений, что существенно повышает качество жизни больных, а также позволяет выполнить запланированное лучевое лечение в полном объеме.
Практическая значимость диссертационной работы подтверждена наличием технологических регламентов на производство созданных изделий, разработанными и утвержденными техническими условиями, регистрационными удостоверениями (разрешениями) на промышленный выпуск и широкое клиническое применение изделий, выданными Минздравсоцразвития и полученными на эти изделия сертификатами соответствия, разработанными и утвержденными методиками применения материалов направленного лечебного действия, полученными патентами (9 патентов).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на V Российском национальном конгрессе «Человек и лекарство» (Москва, 1998); на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Москва, 1998); на пленуме правления Всероссийского научного медицинского общества онкологов «Высокие медицинские технологии в лучевой терапии злокачественных опухолей» (Ростов-на-Дону, 1999); на международном научном форуме «Онкология на рубеже XXI века» (Москва, 1999); на конференции профессорско-преподавательского состава Московского государственного текстильного университета им. А.Н.Косыгина (Москва, 1999); на III конгрессе химиков-текстильщиков и колористов России (Москва, 2000); на Межвузовской научно-технической конференции РосЗИТЛП «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» (Москва, 2002); на 19 международном конгрессе химиков-колористов (IFATCC) (Париж, 2002); на Научной конференции «Современные технологии в клинической медицине» ЦНИРРИ МЗ РФ, (Санкт-Петербург, 2003); на II Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика – 2005», (Москва); на III Московском научном форуме (Москва, 2006), на V-й Международной конференции «Современные подходы к разработке и клиническому применению эффективных перевязочных средств, шовных материалов и полимерных имплантатов» (Москва, 2006); на Всероссийской научной конференции с международным участием «Нанотехнологии в онкологии 2008» (Москва, 2008); на Научно-практической конференции «Нетрадиционное фракционирование дозы при лучевом и комбинированном лечении злокачественных новообразований» (Обнинск, 2008); на III Международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии – в производство» (Текстильная химия – 2008)» (Иваново, 2008); на Научно-практической конференции с международным участием «Совершенствование медицинской помощи при онкологических заболеваниях, включая актуальные проблемы детской гематологии и онкологии. Национальная онкологическая программа» в рамках VII съезда онкологов (Москва, 2009); на заседании кафедры химии и химических технологий факультета МАХТ ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» (Москва, 2010), на Совещании по рассмотрению основных направлений научно-технической деятельности с целью реализации мероприятий Стратегии развития лесного комплекса и легкой промышленности на период до 2020 года в Департаменте лесной и легкой промышленности Минпромторга России (Москва, 2010); на Научно-практической конференции отдела лучевой терапии ФГУ «МНИОИ им. П.А.Герцена» Минздравсоцразвития России (Москва, 2011); на Заседании проблемной комиссии по клинической радиологии, онкологии и медицинской радиационной физике ФГУ РНЦРХТ Минздравсоцразвития России (Санкт-Петербург, 2011); на Расширенном научно-техническом семинаре кафедры химической технологии и дизайна СПГУТД (Санкт-Петербург, 2011); на Заседании ученого совета ОАО «НИИТМ» (Москва, 2011).
Публикации. Положения диссертации отражены в 60 публикациях, в том числе 21 статье в журналах, рекомендуемых ВАК РФ, 9 патентах РФ на изобретения, 2 статьях в сборниках научных трудов, 24 материалах научно-практических конференций, 1 методических рекомендациях, 3 пособиях для врачей.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Работа изложена на 355 страницах, содержит 29 таблиц, 79 рисунков, список литературных источников из 280 наименований. В приложениях представлена разработанная техническая документация, результаты испытаний, полученные регистрационные и сертификационные документы.
