Введение к работе
Актуальность работы
Такие черты современности, как урбанизация, возникновение новых мегаполисов, повышенная опасность и вероятность техногенных катастроф, требуют модернизации служб здравоохранения. Работа современных многопрофильных тканевых банков, которые бы обеспечивали необходимым количеством качественного донорского материала, особенно на случаи массовых ургентных операций, является главным условием развития трансплантологии и пластической хирургии. Известно, что одним из перспективных направлений современной хирургии является трансплантация тканей (Шумаков В.И., 2000, Коваленко П.П., 2000). Достижения в области физики, химии, биологии, медицины, инженерии, компьютеризации и математического моделирования открывают новые возможности в разработке способов сохранения донорского материала. В последнее время мы наблюдаем за успехами в области нанотехнологий, возникших и развивающихся на стыке наук. Применение нанотехнологий в медицинской и клинической практике, кроме познаний в области физиологии клеточных мембран, молекулярной биологии, регенеративной медицины, требует фундаментальных знаний, например в материаловедении, химическом синтезе.
Итак, полноценное сохранение жизнеспособных тканей и органов для успешной дальнейшей пересадки является актуальной проблемой современной трансплантологии. Методы, используемые современными тканевыми банками: низкотемпературная криоконсервация, силиконовысушивание, хранение в питательных средах и другие (Филатов В.П., Брошевский Т.И., Коваленко П.П., L975, 2000), не всегда позволяют достичь длительного сохранения биопластических свойств аллогенных трансплантов. Консервация донорских тканей и органов, обеспечивающая снижение метаболических, ферментативных аутолитических процессов и сохранение изолированных тканей и органов в состоянии структурной целостности и жизнеспособности - достаточно трудная задача, и поиск более совершенного метода консервации продолжается.
Тенденция использования средств разового применения в современной
медицине, продиктованная достижениями научно-технического прогресса и
санитарно-гигиеническими требованиями, связана с широким применением в
медицине различных полимеров. Однако, как это ни парадоксально, широкое
применение различных полимеров, отчасти и в гигиенических целях, стало
причиной возникновения другой, не менее опасной проблемы заболеваемости
инфекциями, вызванными микробами, происходящими из биопленок, непременно
образующихся на поверхности любых полимеров, и стало настолько угрожающим,
что выделен класс заболеваний, «вызванных микробами биопленки». Для
обеспечения биосовместимости различных изделий из полимерных материалов с
живыми тканями, а также с целью предупреждения образования биопленки на них
в конце 90-х годов в медицине начали применяться различные способы
модификации поверхности полимеров, в частности наномодифицирование
поверхностей с помощью нанесения углеродсодержащих покрытий:
алмазоподобных, нанотрубы, фуллеренсодержащих, карбиновых.
Различные упаковочные материалы и системы, применяемые в биологии, медицине и изготовленные из синтетических полимерных материалов, должны обладать определенным комплексом свойств, в том числе: биосовместимостью, асептическими свойствами, антибактериальной активностью, при необходимости обеспечивающими феномен биоэпитаксии. Эти качества могут быть обеспечены путем наноструктурирования и модифицирования поверхности материалов.
Поэтому, разрабатывая данную проблему на базе Тканевого банка Всероссийского центра глазной и пластической хирургии (г.Уфа), мы обратились к достижениям современных нанотехнологий. В рамках совместного проекта с кафедрой наукоемких технологий МАТИ и радиоэлектроники МГУ нами были отработаны различные технологии получения наноструктурированной поверхности (НСП) с различными физико-химическими свойствами. Полученные результаты позволили первоначально создать контейнер для асептического хранения контактных и интраокулярных линз (Российский патент № 2120807; 27.10.1998г.).
Предварительные исследования показали, что контейнеры с асептической НСП могут также длительно поддерживать жизнеспособность донорских тканей, в ~ом числе донорской роговицы.
Исходя из приведенных данных, нами сформулирована следующая щель настоящей работы: совершенствование способа длительной консервации аллогенных трансплантатов путем создания контейнеров и пленочных упаковочных материалов с наноструктурированным углеродсодержащим покрытием для их хранения.
Задачи
Изучить основные физико-химические характеристики асептических углеродсодержащих покрытий с целью создания специального контейнера и упаковочного материала для хранения донорских тканей.
Изучить антибактериальные и адгезивные свойства наноструктурирова^ных покрытий и провести тесты на их токсичность.
Разработать специальные контейнеры и упаковочные пленки с наноструктурированым покрытием для хранения донорских тканей.
4 Провести сравнительный морфологический анализ нативных трансплантатов на примере донорской роговицы при различных способах консервации.
5. Оптимизировать параметры системы донорская роговица наноструктурированная поверхность - питательная среда.
Научная новизна
1. Установлены, подробно исследованы и объяснены эффекты, возникающие
на НСП полимеров при их обработке потоками энергетических частиц инертных и
химически активных газов и их смесей, а также при нанесении
углеродсодержащих пленок; исследовано влияние НСП на подлежащие
биологические ткани, в том числе различные аллотрансплантаты и донорскую
роговицу.
2. Экспериментальные исследования, проведенные на полимерных
материалах: полиэтилентерефталат (ПЭТФ), политетрафторэтилен (ПТФЭ) и
поливинилиденфлюорид (ПВДФ) с НСП, сформированной методами ионно-
плазменной технологии, показали, что химический состав, заряд на поверхности, степень ее дисперсности и способ ее модифицирования определяют наличие и эффективность антибактериальной активности, биосовместимости и адгезивности НСП.
3. Установлена возможность управления в широких диапазонах зарядовыми характеристиками поверхности полимеров покрытых углеродсожержащими пленками и используемых для изготовления контейнеров с целью длительного хранения аллотрансплантатов Показано, что биосовместимость углеродных пленок прямо пропорциональна величине электростатического потенциала, а антибактериальная активность определяется структурой и рельефом поверхности.
4 Впервые разработана система донорская ткань - наномодифицированная, биосовместимая, асептическая поверхность - питательная среда, которая по результатам проведенных исследований является более совершенной динамической моделью для хранения жизнеспособного донорского материала.
Практическая значимость
1. Разработанные упаковочные материалы для хранения аллотрансплантатов и
специальный контейнер для хранения донорской роговицы с биосовместимой
асептической наноструктурированной поверхностью могут использоваться в
работе тканевых банков. Углеродсодержащее покрытие, модифицирующее
поверхность обрабатываемого полимера, обеспечивает асептические условия
хранения аллоплантов, а также донорской роговицы и поддерживает
метаболические процессы в донорских тканях. Возможность длительного
хранения жизнеспособных донорских тканей, в том числе донорской роговицы в
асептических пленках и контейнерах с биосовместимой поверхностью, а также
безопасная их транспортировка позволят иметь запасы донорского материала.
2. Использование для трансплантации сохранившего жизнеспособность
качественного донорского материала обеспечивает благополучный исход
операции, уменьшает риск послеоперационных осложнений, гарантирует
успешное приживление трансплантата.
Основные положения, выносимые на защиту
Биосовместимая НСГТ, имея физико-химические характеристики широкого диапазона, предполагает заданный химический состав, атомную структуру, заряд на поверхности и способна обеспечивать эффект поляризации клеточных мембран, форму и функционирование клеток живых тканей когда они находятся в контакте с ней
Асептическая НСП специального контейнера, создавая в консервирующем растворе слабую катионическую среду, исключает существование каких чибо контаминации в ней, способствует поляризации клеточных структур донорского материала, восстанавливая тем самым потенциалы ее клеточных мембран, что, например, задерживает потерю эндотермальных клеток (ЭК) и обеспечивает длительное хранение жизнеспособной роговицы.
Бактерицидная активность НСП определяется её физико-химическими свойствами и степенью рельефа, то есть взаимодействие НСП с микроорганизмами протекает по двум механизмам: первый связан с электростатическим свойствами НСП, второй - со степенью дисперсности НСП.
4 Адгезивные свойства НСП позволяют обеспечить оптимальное взаимодействие в системе донорская ткань - НСП углеродсодержащей пленки.
Апробация работы
Основные положения работы доложены на следующих научных форумах, на Европейских конференциях «Diamond, Diamond-like and Related Materials» no алмазным и алмазоподобным пленкам и родственным им материалам: Барселона, Испания, 1995; Альбуфейра, Тур, Франция, 1996; Эдинбург, Шотландия, 1997; Крит, Греция, 1998; Прага, Чехия, 1999; Порто, Португалия, 2000; Зальцбург, Австрия, 2003; "XIII International Congress of Eye Research», международном конгрессе по теоретическим и фундаментальным исследованиям в офтальмологии, Париж, Франция, 1998; "9-th International Conference on Modern Materials & Technologies", конференции по современным материалам и технологиям, Флоренция, Италия, 1998; « 5th International Conference on the Applications of Diamond Films and Related Materials», «1st International Conference on Frontier Caibon Technology»; международной конференции по применению
алмазоподобных пленок и родственных им материалов, Цукуба, Япония, 1999; международной научно-технической конференции "Вакуумная наука и техника". Москва, 2002; " The First UAE International Conference on Biological and Medical Physics", международной конференции по биологической и медицинской физике, Аль-Аин , Объединенные Арабские Эмираты, 2005; "XXX International World Ophthalmology Congress, Sao Paulo, Brasil", всемирный офтальмологический конгресс, Сан -Пауло, Бразилия, 2006; " Le 112 Congres De La SFO'', конгрессе ассоциации французских офтальмологов, Париж, Франция, 2006; «1st International Conference for Ocular Cell Biology», международной конференции по клеточной биологии в офтальмологии, Кембридж, Великобритания, 2006.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 работ в международной и центральной печати. Получен 1 патент на изобретение и подана 1 международная заявка на изобретение.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Диссертация изложена на 114 страницах машинописного текста, иллюстрирована 12 рисунками, 6 таблицами. Список литературы содержит 206 источников (113 отечественных и 93 зарубежных авторов).
![Клинико-рентгенологическое обоснование выбора и использования костных трансплантатов при дентальной имплантации [Электронный ресурс]](/i/i/4498/177710.png "Клинико-рентгенологическое обоснование выбора и использования костных трансплантатов при дентальной имплантации [Электронный ресурс] Королев Вениамин Михайлович")
