Дослідження в області полімерних матеріалів - полімери медичного призначення
Відео: Саратовські вчені почали роботу над "плащем-невидимкою"
ГЛАВА 1
ДОСЛІДЖЕННЯ У СФЕРІ ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ МЕДИЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ. СУЧАСНИЙ СТАН І ПЕРСПЕКТИВИ
Ацумі Кадзухіко
Вступ
Полімери вже міцно увійшли в сучасну медицину і успішно використовуються в різних її областях, наприклад, в якості медикаментів, матеріалів для виробництва апаратури і інструментарію, предметів санітарії та гігієни, матеріалів стоматологічного призначення і, нарешті, для виготовлення штучних органів людського тіла. Високомолекулярні речовини настільки глибоко проникли в сучасну практику, що відсутність їх поставило б всю медичну науку перед серйозними труднощами. Зрозуміло, що найбільш важливими є ті з полімерних матеріалів, які можуть бути використані або в фармакології, або для протезування частин тіла і внутрішніх органів людини.
Широке варіювання молекулярної маси і стереоструктуру високомолекулярної речовини, а також використання його в різноманітних поєднаннях з іншими полімерами створюють практично невичерпні можливості для отримання найширшої гами невідомих матеріалів, причому особливо важлива здатність останніх виконувати абсолютно нові функції.
У міру того, як розвиваються дослідження в галузі біохімії, пізнається сутність процесів і систем метаболізму, накопичується інформація про молекулярному проектуванні, все більше втрачає примарність і матеріалізується ідея отримання принципово нових полімерних матеріалів і медикаментів, здатних відкрити інші, часто несподівані можливості як в області діагностики , так і в власне лікувальному процесі.
Важко переоцінити роль полімерів і в створенні штучних органів людського тіла. Якщо, наприклад, створена модель, що імітує діяльність якогось внутрішнього органа, то, очевидно, матеріал цієї моделі не може не бути в тій чи іншій формі пов`язаний з категорією макромолекулярному, що випливає з самої природи біологічних функцій, виключно складних і різноманітних.
Подальший розвиток полімерних матеріалів - від вихідних речовин, призначених лише для виготовлення досить простих штучних органів, до функціонального вдосконалення реалізованих аналогів - має привести до створення субстанцій, що наближаються за своїми біофункціонального можливостям до імітованим живим органам. Подальший же прогрес в цьому напрямку дозволить впритул наблизитися до розшифровки біополімерів, т. Е. До досить глибокому проникненню в їх властивості, функції і метаморфози. Інакше кажучи, дослідження макромолекулярних речовин медичного призначення в кінцевому рахунку повинні відкрити нові шляхи і горизонти для пізнання феномена життя.
Переходячи до конкретного використання полімерів для створення штучних органів і частин людського тіла, слід зазначити, що, за винятком мозку і шлунка, які за сучасними поглядами і загальному науковому рівню не підлягають заміні, практично всі органи досліджуються і моделюються з метою створення відповідних аналогів-замінників . Застосування останніх замість природних органів, функціональність яких внаслідок травми або з інших причин порушена, є найбільш радикальним способом лікування-він привносить в організм новий життєвий фактор і може бути названий справді революційним способом.
У 1976 р в зв`язку з відомим бумом в галузі природничих наук Департамент науки і техніки Японії здійснив довгострокове прогнозування використання штучних органів в Японії і в світі на 1980-1990 рр. Зокрема, було підраховано число випадків клінічного застосування найважливіших штучних органів людського тіла з числа тих, що вже застосовуються в даний час або ж знаходяться в стадії, що передує передачі їх в клініку. Прогнозували також потреба в експериментальній апаратурі і в наукових кадрах. Деякі з отриманих даних наведені в табл. 1.
У 1980 р використання штучних органів клініками Японії визначається наступними цифрами.
Штучні кістки і суглоби - 1500 чоловік, кровоносні судини - 7500, клапани - 2000, серце - легені - 6000, водії рітма- 10 000, штучна нирка - 24 000, штучне серце - 3000 чоловік. У світі за цей же рік штучні органи отримують відповідно 7500, 750 000, 300 000, 900 000, 300 000, 720 000 і 150000 чоловік.
Таблиця 1. Прогноз потреби в штучних органах
(За даними Департаменту науки і техніки, 1976 г.)
У 1990 р клінічне використання штучних органів в Японії досягне наступного рівня.
Штучні кістки і суглоби - 3000 чоловік, кровоносні судини - 24 000, клапани - 6000, серце-легені - 100 000, водії ритму - 20 000, нирка - 38 000, серце-10000 чоловік. У світі за цей же рік штучні органи отримають відповідно 15000, 2,4 млн., 900 000, 1,5 млн., 600 000, 1,14 млн. І 500 000 чоловік.
Зрозуміло, що число комплектів, т. Е. Повністю укомплектованих одиниць штучного органу, може збігатися з числом хворих, але досить часто ці величини розходяться. Рівність спостерігається, наприклад, при використанні штучних кісток і суглобів, кровоносних судин, сердець і клапанів. Штучні серце-легені, нирка і деякі інші органи застосовуються лише тимчасово, тому один і той же комплект тут може бути використаний кілька разів, причому випадки багаторазового використання можуть досягати декількох сотень. Очевидно, що чисельність таких комплектів повинна бути менше, ніж число хворих. Разом з тим у міру подальших розробок в області портативних і імплантуються штучних органів, зокрема легень та нирок, на кожного хворого необхідно буде мати один штучний орган в комплекті і, отже, неминуче все більше зближення обох цифрових показників.
Дослідження по створенню та вдосконаленню штучної нирки здійснюються в Японії на 993 експериментальних установках, т. Е. В кількісному відношенні наукові роботи в цій області забезпечені досить добре. Число одиниць обладнання для експериментів з іншими штучними органами коливається від десятків до декількох сотень. Загальна кількість науковців Японії, які експериментують в області штучної нирки, досить велика і досягає 2400 чоловік. Штат співробітників, що займаються створенням і удосконаленням інших органів, значно менше і становить від 100 до 500 осіб на кожну тему.
Тенденції і загальні перспективи розробок штучних органів
Історична ретроспектива в поєднанні з прогнозуванням дозволяє виділити три основні напрями науково-дослідних робіт в області штучних органів людського тіла:
- збільшення тривалості дії органу;
- максимальна універсалізація функцій;
- зменшення розмірів (мініатюризація) - розробка портативних і імплантованих в організм штучних органів. Розглядаючи як приклад штучну нирку, можна простежити тенденцію до застосування її для довгострокового діалізу у хворих не тільки з гострою, але і з хронічною нирковою недостатністю. Вельми інтенсивні дослідження ведуться також в області штучних легенів і серця-в даний час мета полягає в тому, щоб продовжити термін дії цих органів від декількох годин до місяців.
Функції колишньої штучної нирки зводилися до діалізу продуктів біодеградації і токсичних речовин. Сучасні ж дослідження в цій області мають на меті створення такої нирки, яка була б здатна до селективної фільтрації і ресорбции, а в доступному для огляду майбутньому - до реалізації функцій сечових канальців.
Переходячи до застосування штучних органів, слід зазначити, що практикується досить багато способів тимчасового їх використання поза організмом, проте ідеальним і найбільш перспективним методом безсумнівно слід вважати вживлення штучного органу всередині організму. Очевидно, що розробка портативної штучної нирки з наступною її мініатюризацією є найважливішими кроками в цьому напрямку.
Останнім часом розпочато всебічні дослідження, пов`язані зі створенням штучної крові, печінки, підшлункової залози, а також штучних органів почуттів. Безсумнівно, що для успішного проведення таких досліджень необхідні не тільки нові техніка і технологія, а й принципово інші методи, причому результативність всього комплексу робіт не може мислитися без спільних зусиль в сферах макромолекулярной хімії, системотехніки, прецизійної техніки і в суміжних областях науки і експериментальної методології . Призначення штучних органів людського тіла аж ніяк не вичерпується заміною природних, живих органів, т. Е. Сферою радикальної терапії. Це відкриває принципово нову методологічну область фундаментальної медицини, засновану на імітаційно-аналоговому моделюванні функцій організму.
При проведенні експериментів з живим серцем досить часті випадки, коли неясно, на що саме діє циркулює медикамент - на систему кровообігу або на серце. У той же час результати експериментів на тваринах з штучним серцем дозволяють однозначно відповісти на це питання.
На закінчення слід зазначити, що застосування штучних нирок і печінки дасть можливість розшифрувати і тлумачити сутність таких явищ, як сечове отруєння або печінкова кома. Нарешті, комплекс досліджень, пов`язаних зі штучним серцем, внесе ясність в картину серцевої функціональності, механізму циркуляційного регулювання і метаболізму.
