65676

Розробка нових покриттів металевих імплантатів для покращення толерантності тканин організму до них

Автореферат

Физика

Вплив імплантатів встановлених в організм експериментальних тварин на зміну рівня холестерину Среактивного білку та факторів згортання крові. Біофізичні та біохімічні методи оцінки реакції організму і тканин після...

Украинкский

2014-08-03

495 KB

0 чел.

Національна Академія Наук України

Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова

Алексєєва Тетяна Анатоліївна

УДК: 538; 544.616.314-77

Розробка нових покриттів металевих імплантатів для покращення толерантності тканин організму до них

01.04.18 - фізика і хімія поверхні

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Київ – 2011


Дисертація є рукописом.

Роботу виконано в Інституті металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, Інституті хімії високомолекулярних сполук НАН України та Національному інституті хірургії та трансплантології імені О. О. Шалімова АМН України.

Науковий керівник:

Лауреат Державної премії СРСР

та Державних премій УРСР,

член-кореспондент НАН України,

доктор технічних наук, професор

Ошкадьоров Станіслав Петрович,

Інституту металофізики

ім. Г. В. Курдюмова НАН України,

завідувач відділу

Офіційні опоненти:

член-кореспондент НАН України,

доктор фізико-математичних наук, професор

Суходуб Леонід Федорович,

Інституту прикладної фізики НАН України (м. Суми),

заступник директора

доктор фіз.-мат. наук, професор

Васильєв Михайло Олексійович,

Інституту металофізики

ім. Г.В. Курдюмова НАН України

завідувач відділу.

Захист відбудеться «22» березня 2011 р. о 14 00 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.168.02 при Інституті металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України за адресою: 03680, м. Київ, бульвар Академіка Вернадського, 36.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України за адресою: 03680, м. Київ, бульвар Академіка Вернадського, 36.

Автореферат розісланий _____________________ 2011 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.168.02

кандидат фізико-математичних наук      Т.Л. Сизова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. З розвитком реконструктивної медицини зросла потреба у нових матеріалах для виготовлення різних видів імплантатів. За даними ВОЗ у світі в 2008 році було проведено близько 10 мільйонів імплантацій протезів різного походження для відновлення втрачених можливостей та покращення якості життя пацієнтів.

Для лікування ішемічної хвороби серця, причиною якої є звуження коронарних артерій, застосовують імплантацію металевих ажурних конструкцій – стентів, які підтримують відповідний діаметр просвіту судини і таким чином впливають на лікування хвороби. Імплантація стентів у судини малого діаметра у 40 - 60% випадків вимагає повторних втручань. Для зниження реакції організму на матеріал стентів наносять такі покриття як діамантоподібний вуглець, вуглецева плівка, золото, карбід кремнію, фосфохолін, гепарин, що зменшує розвиток рестенозів у просвіті стенту. Однак вони ще трапляються у 15 - 35% хворих, тобто на рік більше ніж один мільйон хворих потребує повторних хірургічних втручань. Цей недолік може бути виправлений за рахунок використання покриттів нового покоління. Зокрема, великі сподівання покладали на полімери з вбудованими у них цитостатичними агентами природного походження, які здатні блокувати проліферацію гладко-м’язевих клітин медії судини на стадії G0 (період, протягом якого клітина не ділиться).

В 2006 році багато компаній пропонували свої варіанти стентів з покриттям. Але застосування їх виявило таке непередбачуване ускладнення, як розвиток відстрочених тромбозів у просвіті імплантованих стентів. Частота летальних випадків через вірогідний або задокументований тромбоз у стенті склала 20 - 45%. Причиною ускладнень є дуже повільне утворення шару ендотелію на поверхні стенту, міграція самого стенту в просвіті артерії або деградація артеріальної стінки з утворенням аневризм у місці встановлення стенту. Дослідження засвідчили прогресивний розвиток атеросклеротичних бляшок у периферійному руслі судини після імплантації стентів з полімерним покриттям, що пояснюється постійним запаленням, яке воно викликає. Це пов'язано з тим, що стенти, які імплантують, не задовольняють вимогам адаптації до них стінки судини, а їх поверхня має низьку тромборезистентність. Це змушує лікарів призначати на тривалий строк після проведення імплантації стентів антитромбоцитарні та дезагрегуючі препарати, які викликають звикнення пацієнтів до них, а їх скасування або похибка у прийомі може провокувати в просвіті стенту розвиток тромбозу нерідко з фатальним результатом.

Проблема полягає у відсутності покриттів стентів для судин малого діаметру, які б не викликали розвиток запалення в стінці судини.

Розглядати взаємодію між тканинами організму та поверхнею стенту необхідно на молекулярному рівні, що допоможе знайти шляхи підвищення толерантності організму на імплантат. Все це визначило напрямок, предмет та методи, що використовувались у данній роботі для вирішення зазначеної проблеми.

Зв'язок з науковими програмами й темами.

Робота виконана в рамках тематик НАН України:

  1.  «Розробити нові сплави та вивчити фізико-механічні та корозійні характеристики біосумісних матеріалів для виготовлення стентів та кава-фільтрів нового покоління» 144 002/2001 (2001-2006);
  2.  «Фторовмісні поліуретани як тромборезистентні плівкотворні матеріали для коронарних стентів» 0104U003911(2003-2006);
  3.  «Модифікація поверхневого покриття імплантатів для покращення толерантності з тканинами організму» в рамках програми «Новітні медико-біологічні проблеми та оточуюче середовище людини» 3Mд-09 0108V2354 (2006-2009).

Проведені міждисциплінарні дослідження та рівень розробок, відповідають розпорядженню Кабінету Міністрів України від 21 березня 2007 року № 102-р «Про схвалення Концепції Державної програми розвитку виробництва медичної техніки на 2008-2012 роки».

Мета дослідження.

Встановлення впливу поверхні імплантату на реакцію тканин живого організму та відповідні зміни поверхні стенту.

У зв’язку з поставленою метою були сплановані і вирішені такі задачі дослідження:

  •  Вивчити особливості взаємодії поверхні металевих імплантатів з тканинами живого організму (крові) в умовах in vitro.
  •  Розробити умови нанесення неорганічних, синтетичних та біологічних покриттів на металеві імплантати.
  •  Вивчити фізико-хімічні зміни поверхні імплантатів з традиційними та новими покриттями при їх функціонуванні в організмі експериментальних тварин.
  •  Порівняти вплив традиційних та нових покриттів імплантатів на зміни складу крові експериментальних тварин і людини in vivo.
  •  Провести оцінку впливу традиційних та нових покриттів стентів на морфологічні зміни стінки судин експериментальних тварин.


Об'єкт дослідження.

Фізико-хімічні властивості поверхні металевих імплантатів з різними покриттями після їх знаходження у організмі експериментальних тварин (пацюки й кролі).

Предмет дослідження.

  •  Стан поверхні стентів після імплантації в організм експериментальних тварин.
  •  Вплив імплантатів, встановлених в організм експериментальних тварин, на зміну рівня холестерину, С-реактивного білку та факторів згортання крові.
  •  Порівняння змін стану поверхні імплантатів з морфологією стінки судини й оточуючих тканин експериментальних тварин (пацюків і кролів).

Методи дослідження.

Фізико-хімічні методи:

  •  Еліпсометрія (ЕМ);
  •  Скануюча електронна мікроскопія (СЕМ);
  •  Растрова електронна мікроскопія (РЕМ);
  •  Атомно-силова мікроскопія (АСМ).

Біофізичні та біохімічні методи оцінки реакції організму і тканин після контакту з імплантатами:

  •  Біохімічні показники крові експериментальних тварин, рівень холестерину та С-реактивного білку сироватки крові;
  •  Показники факторів згортання крові експериментальних тварин та людин: плазмений лізис, протромбіновий індекс, фібриноген, кількість тромбоцитів, зміна функціональної активності тромбоцитів;
  •  Імуноферментний метод визначення С-реактивного білка в сироватці крові;
  •  Гістологічний та гістохімічний аналіз препаратів тканин із проведенням морфометрії.

Наукова новизна отриманих результатів. З використанням комплексу поверхнево чутливих методів встановлені основні закономірності прояву реакції організму на чужорідне тіло на прикладі різних видів покриттів, які були нанесені на металеві стенти із неіржавіючої сталі. Отримані такі результати:

  •  Встановлено, що покриття викликають захисну реакцію організму, внаслідок чого поверхні стентів піддаються різним видам корозії або деструкції. Це супроводжується підвищенням рівня С-реактивного білку у сироватці крові за час знаходження стенту у організмі кролів.
  •  Показано, що тромборезистентність покриття стентів не є достатньою вимогою до матеріалу. Встановлено, що показником тромбогеності покриттів є зниження концентрації фібриногену, зменшення кількості тромбоцитів у суцільній крові та зміна їх функціональної активності.
  •  Встановлені закономірності зміни товщини стінок судини при використанні різних покриттів. Показано, що підвищена реакція організму на поверхню імплантату, яка супроводжується підйомом рівня С-реактивного білку, приводить до збільшення товщини фіброзно-сполучної капсули навколо імплантату.
  •  Покриття на основі оксидів, нітридів та карбідів, покращуючи корозійну стійкість стентів у крові, не можуть бути рекомендовані для медичного використання при виготовленні стентів з огляду на їх окрихчування при циклічному навантаженні.
  •  Розроблено метод попередньої діагностики сумісності матеріалів імплантатів до організму реципієнта, який базується на визначенні сили адгезії імуноглобулінів, отриманих з крові реципієнтів, до їх поверхні.
  •  На основі комплексних досліджень розроблено нове адаптуюче покриття, яке базується на розчині альбуміну крові реципієнта. Нанесення на поверхню стенту адаптуючої композиції підвищує толерантність тканин до поверхні імплантату.

В результаті дослідження одержані такі експериментальні дані:

  •  Зміна фізико-хімічного стану 23 неорганічних та 8 покриттів високомолекулярних сполук внутрисудинних стентів різних конструкцій при імплантації 142 кролям та імплантації металевих пластин 74 пацюкам.
  •  Аналіз динаміки показників крові експериментальних тварин на різних етапах дослідження.
  •  Аналіз стану поверхні імплантатів та морфології 1354 гістологічних препаратів, отриманих після видалення їх з організму експериментальних тварин.

Практичне значення одержаних результатів.

  •  Для прогнозування поведінки покриттів, нанесених на стенти in vitro, найбільш інформативними є зміна показників фібриногену, кількості тромбоцитів, функціональної активності тромбоцитів при різних концентраціях аденозин дифосфату, тоді як тромборезистентність покриття є необхідною, але не достатньою характеристикою для судинного стенту.
  •  При виготовленні стентів необхідно використовувати покриття, які мало піддаються агресії з боку організму. Це шар цирконію, титану та покриття фторовмісними поліуретан сечовинами.
  •  Найбільш простим та ефективним методом модифікації поверхні стенту для судин малого діаметра є розроблена в роботі адаптуюча композиція на основі розчину альбуміну крові реципієнта, яка дозволяє практично повністю усунути реакцію стінки судини на імплантат.

Особистий внесок здобувача: аналіз літературних даних, розробка та планування методики експерименту. Експериментальні дослідження на тваринах та вивчення морфології гістологічних препаратів проведені здобувачем в Національному Інституті хірургії та трансплантології ім. О.О. Шалімова АМН України разом з д.м.н., професором Сморжевським В.Й. та д.м.н., професором Гомолякою І.В. Нанесення неорганічних покриттів на зразки та дослідження поверхні матеріалів було проведено в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України разом з д.т.н., професором Борисовим Ю.С. Полімерні покриття для імплантатів були синтезовані та нанесені в Інституті високомолекулярних сполук НАН України за сприянням к.х.н., ст.н.с. Шекери О.В.

Апробація результатів дослідження.

Основні положення та матеріали за темою дисертації викладені на:

  •  XI Українській конференції з високомолекулярних сполук (Україна, Київ, 2000);
  •  Міжнародних симпозіумах «Ендоваскулярна біомеханіка і рестенози» (Франція, Марсель, 2000, 2002, 2006);
  •  З′їзді «Проблеми оптики та науки високотехнологічних матеріалів» (Україна, Київ, 2002);
  •  I Российском съезде интервенционных кардиологов (Російська Федерація, Москва, 2002);
  •  IX Франкомовному конгресі інтервенційних кардіологів (Франція, Париж, 2003);
  •  Домбровських хімічних читаннях (Україна, Черкаси, 2003);
  •  Конференції «Природні науки на границі сторіч» (Україна, Ніжин, 2004);
  •  VII Міжнародному симпозіумі «Біоматеріали та біомеханіка, фундаментальні і клінічні дослідження» (Німеччина, Ессен, 2004);
  •  Конгресі «Артерія 5» (Франція, Париж, 2005);
  •  Конференції з міжнародною участю «Актуальні питання абдомінальної й судинної хірургії. Клінічні проблеми трансплантації органів» (Україна, Київ, 2006).

Публікації по темі дисертації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 4 статті у наукових фахових журналах, 8 статей у профільних журналах та 16 тез доповідей на конференціях та симпозіумах. Розробки захищені 3 патентами України.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація викладена на 128 сторінках друкованого тексту, складається з вступу, трьох розділів: огляду літератури, матеріалів і методів дослідження, викладення матеріалів досліджень, заключення, висновків та додатку. Текст ілюстрований 61 рисунками, 18 таблицями. Список використанної літератури містить 226 посилань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету та завдання дисертації, висвітлено наукову новизну одержаних результатів та їх практичне і теоретичне значення.

У першому розділі подано літературний огляд щодо основних покриттів та матеріалів, що застосовуються в сучасній медицині для виготовлення імплантатів. Проаналізовано проблеми корозії матеріалів імплантатів внаслідок перебування їх в організмі експериментальних тварин. Проведено стислий аналіз теорії реакцій живого організму на чужорідне тіло. Проведені характеристики деяких модельних об’єктів, які були використані у експериментальній частині роботи при вивченні процесів, що викликають утворення тромбів на поверхні матеріалів.

У другому розділі розглянуто основні методи та матеріали, які були використані для вирішення поставлених завдань.

Розробка методів нанесення неорганічних та синтетичних покриттів на поверхню неіржавіючої сталі. Плазмове напилення керамічних покриттів з нітридів та оксидів Ti, Zr проводили на апараті УПУ-ЗД при електричному розряді 2000 вольт. Плівки у вигляді аморфного та діамантоподібного вуглецю наносили тим же методом.

Товщину покриття визначали за допомогою металографічного мікроскопа Versamet (США) на косих шліфах (300) при 400 кратному збільшенні, а їх корозійні властивості оцінювали методом анодно-поляризаційного аналізу. Рентгеноструктурний аналіз покриттів проводили на дифрактометрі ДРОН-3М в монохроматизованому мідному випромінюванні. Хімічний склад границь між покриттями та підкладкою аналізували методом оже-електронної спектроскопії на спектрометрі JAMP-10S (Японія).

Визначення тромборезистентності досліджуваних покриттів in vitro проводилось на дисках з 23 неорганічними та 8 синтетичними покриттями. В якості біологічного розчину використовували модельний розчин бичачого фібриногену з концентрацією 300 мг/л, який був наданий відділом Структури білку інституту біохімії НАНУ ім. О.В. Палладіна.

Також була використана кров волонтерів, які останні три роки отримували терапію препаратами антагоністів Са2+ та інгібіторів АПФ для лікування основного захворювання. Визначення кінетики тромбоутворення донорської крові після контакту з покриттям. проводили за допомогою коагулометра KG-4 з відповідними наборами для визначення фібриногену FIB Kit фірми TECO (Німеччина). Зразки покриттів витримували з донорською кров′ю на протязі 2 годин при 370С. Функціональний стан тромбоцитів оцінювали на агрегометрі Chrono-Log (США).

Дослідження висадження білків з розчинів на поверхню аустенітної сталі, яка містить 16 ваг.% Cr, 15 ваг.% Ni, 3 ваг.% Мо і менше 1 ваг.% Nb, проводили на фізичному факультеті Національного Університету ім. Т.Г. Шевченка.

Для досліджень використовували розчин альбуміну сироватки крові людини та розчини стандартних білків в пропорціях, які відповідають організму людини

Виготовлення стентів. Стенти, які здатні саморозширюватись, завдовжки 10 мм і діаметром 8 мм в розкритому стані були виготовлені із неіржавіючої сталі. Вони внесені до Державного реєстру виробів медичного призначення, які дозволені в медичній практиці в Україні під № 767/99.

Фізико-хімічні методи

Нанесення неорганічних покриттів на імплантати проводили за допомогою планарної магнетронної розпилювальної системи, полімерні - осадженням високомолекулярних сполук з ізомерними фторвмісними подовжувачами полімерного ланцюга поливом їх 20% розчином у діметилформаміді.

Еліпосметричні методи дослідження поверхні металів проводили на фізичному факультеті Національного Університету ім. Т.Г. Шевченка. Вимірювали кутові залежності еліпсометричних параметрів за нульовою методикою на еліпсометрі ЛЕФ-ЗМ-1 з робочою довжиною хвилі =632,8 нм та в діапазоні кутів падіння світла =65-800, оскільки для більшості досліджуваних металевих систем кути знаходиться в цих межах. Для дослідження осадження білків на сталі використовували спеціально сконструйовану комірку об'ємом 4 мл. Кут між нормалями до поверхні зразка і до поверхні вікна складав 700. Це дозволило виконувати дослідження в стаціонарних умовах і за умов ламінарного потоку.

Скануюча електронна мікроскопія. за допомогою СЕМ проведена в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України на мікроскопі JEOL-100 (Японія). Вивчали поверхню зразків до імплантації та після їх перебування в організмі експериментальної тварини на протязі двох місяців.

Атомно силова мікроскопія проводилися в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Е. Лашкарьова НАН України на АСМ Dimension 3000 NanoScope IIIa (США). Залежності величини силової взаємодії від відстані зонд-поверхня реєструвалися за кімнатних умов в атмосфері і в 0,9% розчин хлориду натрію. Швидкість реєстрації кривих проводили на частоті 400 кГц. У вимірюваннях використовувався стандартний SiN3 зонд виробництва фірми NanoSensors (США) марки DNP-20 з номінальною жорсткістю консолі 0.06 Н/м. Силу взаємодії визначали за величиною пружної деформації консолі зонда Δ d як F= Δ dk, де k – постійна пружності консолі зонду. Матеріалами для визначення взаємодії імуноглобулінів (IgG) були обрані золото, скло, слюда і кремній. Для функционалізації зонда застосовували поліклональні антитіла (АТ) віслюка проти альбуміну кроля (специфічність 1/256), які були надані відділом Молекулярної імунології Інституту біохімії НАН України ім. А.В. Палладіна. Антитіла наносилися з розчину з концентрацією 0,1 г/мл. Проводилося по три серії вимірювань в атмосферних умовах і в рідині:

  •  Чистий зонд і чистий підкладковий матеріал;
  •  Функционалізірованний зонд і чистий підкладковий матеріал;
  •  Функционалізірованний зонд з білком на підкладковому матеріалі.

У дослідженні вивчалися 28 зразків поверхонь. Для одержання статистично достовірних результатів реєструвалося не менше як 150 кривих в кожному випадку вимірювання.

Біофізичні та біохімічні методи визначення реакції організму і тканин після контакту з імплантатами

Експериментальні методи дослідження на тваринах проводили на базі віварію Національного інституту хірургії і трансплантології ім. О.О. Шалімова АМН України.

Для імплантації 118 сталевих пластин із 23 неорганічними, 8 полімерними і двома біологічними покриттями було відібрано 50 білих безпородних щурів. Операції проводили під внутрішньочеревним намбуталовим наркозом, використовуючи операційний мікроскоп фірми «Karl Zeiss», модель 310 (Німеччина). Через 2 місяці після операції матеріал вилучався для морфологічних досліджень.

Для дослідження реакції організму на різні покриття поверхні стентів було відібрано загалом 130 кролів. 12 кролям породи «Сірий велетень» було імплантовано розширювані балоном стенти моделей: Gianturco-Roubin, RX ML PixelSengewald”, Bx SonicCordis” та “BiodivVsio” (по 3 стенти кожної моделі), які були надані School of Pharmacy and Biomolecular Sciences University of Brighton (Великобританія).

Тварини були поділені на 5 груп по 12 тварин у кожній відповідно до кількості неорганічних покриттів: аморфний вуглець, діамантоподібний вуглець, покриття на основі Ti і Zr, що наносилися компанією Tiers Coating LTD, London (Великобританія) і контрольна група з 10 тварин з ендопротезами виготовленими із неіржавіючої сталі. Тварини для імплантації стентів з полімерними покриттями були поділені на 3 групи по 12 тварин в кожній відповідно до кількості досліджуваних полімерних покриттів. Для імплантації стентів з біологічним покриттями тварини були поділені на 2 групи по 12 тварин в кожній, відповідно до нанесення на стенти ауто-покриття або покриття альбуміном бичачої сироватки (БСА). Стенти, що саморозширювались, імплантували кролям у загальну стегнову артерію. При проведенні операцій використовували бінокуляри фірми «Karl Zeiss» зі збільшення у 10 разів.

Морфологічні та біохімічні методи дослідження.

Тканини щурів з імплантатами та аорти кролів зі стентами вилучали для морфологічних досліджень. Морфометрію 1354 гістологічних препаратів проводили на мікроскопі Olympus ВХ-41 (Японія) за допомогою програмного забезпечення DP-Soft. Для адекватної оцінки процесів альтерації, регенерації і склерозування судинної стінки був виконаний комплекс імуногістохімічних і гістологічних досліджень за допомогою оглядового фарбування гематоксиліном і еозином та за Ван Гізоном. Для ідентифікації колагенових волокон і гладко-м'язових клітин проводили забарвлення комбінованими методами по Вейгерту–Ван Гізону. Для виявлення різних структурних компонентів сполучної тканини і судинної стінки використовували забарвлення по Хочкису-Мак Манусу. Для верифікації процесу запалення в місці встановлення стентів були застосовані флюорісцентні барвники. Це дозволило зробити висновки про рівень запалення тканин навколо імплантату.

Визначення таких біохімічних параметрів крові тварин як рівень холестерину та С-реактивного білку сироватки крові проводили на автоматичному аналізаторі BS 2000 з відповідними наборами реактивів тієї ж фірми (BioSystem, Іспанія). С-реактивний білок визначали імуноферментним методом. Показники згортання крові експериментальних тварин такі як плазмовий лізис, протромбіновий індекс, фібриноген, кількість тромбоцитів, зміна функціональній активності тромбоцитів були отримані на коагулометрі KG-4 (Німеччина) з наборами для реагентів FIB Kit фірми TECO. Функціональний стан тромбоцитів оцінювали на агрегометрі Chrono-Log (США).

Результати досліджень піддавали обробці статистичними методами за допомогою програм Microsoft Excel 2003 та STATISTICA 6.0.

У третьому розділі дано опис методу нанесення нових неорганічних і полімерних покриттів на стенти. Для одержання рівномірного неорганічного покриття на дроті було виготовлено пристрій, що забезпечує обертання мірних відрізків дроту довжиною до 100 мм зі швидкістю 10 об/хв. на відстані 65 мм від поверхні планарної магнетронної распилюючої системи.

Дослідження поверхні покриттів виконані за допомогою СЕМ і РЕМ. Було показано, що при здійснені процесу в режимі постійного зсуву, на поверхні виникають тріщини. Не було виявлено тріщин лише на прямолінійних ділянках дроту. Було визнано доцільним нанесення покриттів на тонкий дріт при магнетронному напиленні з обмеженням часу процесу в режимі зсуву (2 хв.), питомої щільності потужності менш 20 Вт/см2 і товщини покриття не більше 3 мкм, що знизило небезпеку утворення тріщин і забруднення матеріалу покриття залізом.

Нанесення полімерних покриттів проводили синтезованими фторовмісними поліуретансечовинами на основі ароматичних диізоціанатів. Синтез фторполімерів проводили в Інституті високомолекулярних сполук НАН України. Деякі їх властивості наведені у таблиці 1.

Поліуретанові плівки наносили на стент із неіржавіючої сталі поливом їх 20% розчину у диметилформаміді. Характеристики міцносні визначали при температурі 20°С на приладі РМ-30 у режимі розтягування при постійній поверхневого натягу (тг,) плівок. Встановлено, що модуль їх пружності становить 17 - 67 МПа з відносним подовженням 346 – 1240 %. Результати досліджень показали, що характеристики сегментованих поліуретанів лежать у межах значень міцності природних судин людини.

Таблиця 1.

Механічні властивості синтезованих плівок.

Зразок

Ефективний модуль пружності, МПа

Відносне подовження при розриві, %

тг,

мН/м

1

17

346

33,2

2

67

620

41,5

3

16

1240

37,6

Поліуретанові плівки відрізняються між собою співвідношенням їх складових

Технічні умови нанесення аутопокриттів на імплантати. Адсорбція білку була визначена для двох основних моделей процесу:

  •  Рівномірна кінетика визначає повністю зворотний механізм адсорбції без взаємодії між адсорбованими молекулами білка. В цьому випадку процес повторює закон ізотерми Ленгмюра (С/С0)/1+(С/С0), де - адсорбовані маси білка, С - концентрація білків в процесі адсорбції, С0 - початкова концентрація.
  •  Друга модель кінетики з багатьма максимумами відображає процес адсорбції, де молекули білка адсорбуються в одній формі, але можуть змінювати її на незворотну, потребує більшої контактної площі поверхні і викликає сильну десорбцію первинно адсорбованих макромолекул. Процес цей можна дослідити з використанням методу еліпсометрії. Він дозволяє визначати характеристики плівок в товщинах з 0,01 нм, що є важливо при вивченні тонких біологічних шарів. Цей метод не потребує використання флуоресцентного або радіоімунного маркування молекул, що дозволяє спостерігати кінетику адсорбції у часі.

В роботі була вивчена кінетика адсорбції альбуміну методом елліпсометрії in situ впродовж 340 хвилин та отримана залежність значення маси адсорбованої речовини від часу інкубації. Максимальна кількість адсорбованого альбуміну за перші 5 хвилин складала близько 7,4 ± 0,8 мг/м2. Протягом експерименту вона зменшилась до ~2 ± 0,8 мг/м2 (340 хв). Отримана кінетика адсорбції альбуміну вказує на десорбцію білка при збільшенні часу інкубації, що зв'язано з рухом розчину. Це пояснюється тим, що молекули білка на поверхні самоупорядковуються, займачи площу, яка вивільнилась в наслідок десорбції. В результаті на поверхні зразків залишається лише тонкий шар незворотньо адсорбованого альбуміну (Рис. 1). Треба вказати, що у рідині шар білку на поверхні менший ніж після висушування на повітрі.

Рис. 1. Зміна адсорбованої маси альбуміну на одиницю площі поверхні неіржавіючої сталі з часом при концентрації розчину альбуміну ~8 мг/мл.

В роботі була розроблена адаптуюча композиція (АК) на основі термостабільних білків сироватки крові, зокрема з розчину альбуміну крові реципієнта. Її використання дає абсолютно інший підхід для поліпшення толерантності організму до матеріалів імплантатів. Замість активного втручання в імунну систему реципієнта з використанням імунодепресантів цей метод дозволяє забезпечити підвищення толерантності організму за рахунок покриття імплантату органічної або неорганічної природи власними білками, який в результаті такої обробки буде розглядатися організмом реципієнта як «свій». Таким чином, на відміну від засобів запобігання процесу відторгнення імплантату, який передбачає пригнічення імунної системи реципієнта за рахунок медикаментів, цей метод базується на покритті імплантату білками імунологічно сумісними з тканинами реципієнта. Дія АК була перевірена на декількох об'єктах. З цією метою проводили попередню АК обробку внутрішньосудинних стентів протягом 10 хвилин при температурі 370С перед введенням у черевну аорту кроля. Тварини для імплантації стентів з аутопокриттям були розподілені на 2 групи по 12 тварин у кожній відповідно до нанесеного на стенти покриття: ауто чи покриття бичачим сироватковим альбуміном (БСА). Для контролю використовували кролів, яким вводили стенти з неіржавіючої сталі без покриття.

Таблиця 2.

Зміна товщини утвореної неоінтими в результаті імплантації стентів

в аорті кроля.

Групи (n = 34)

Товщина стінки аорти (мкм)

Товщина неоінтими (мкм)

Норма

124 ± 32

0

Без обробки

(n = 10)

305 ± 82

183 ± 30

Обробка БСА

(n = 12)

232 ± 35

110 ± 3

Обробка АК

(n = 12)

140 ± 28

16 ± 4

Товщину неоінтими оцінювали на стандартизованих зрізах в мікрометрах. Середні значення вимірювань у 3-х груп тварин представлені у таблиці 2. Видно, що попередня обробка стентів розчином альбуміну з крові реципієнта майже не викликає реакцію навколишніх тканин та розростання неоінтими, що свідчить про відсутність процесів запалення і утворення фіброзної тканини навколо імплантату.

Порівняння впливу традиційних і нових покриттів стентів на зміну складу крові експериментальних тварин і людини in vitro. Всі 23 неорганічних та 8 полімерних покриттів протестовано у модельному розчині фібриногену (Рис. 2, 3 та таблиця 3).

За наслідками тестування покриттів в умовах модельного розчину фібриногену були відібрані 7 найбільш перспективних неорганічних і полімерних покриттів для досліджень з кров'ю волонтерів (таблиця 3), які отримували терапію препаратами, що призначають хворим на ішемічну хворобу серця.

Експозиція при тестуванні становила 1 годину при 370С.

Як видно з таблиці в присутності 1 мМоль аденозин дифосфату функціональна активность тромбоцитів відмінна для титану та неіржавіючої сталі. Цирконій та поліуретани впливають на зниження їх функціональності.

Рис. 2. Зміна концентрації фібриногену у модельному розчині    і    та

суцільній крові          після контакту з неорганічним покриттям на неіржавіючій сталі. 1 - цирконій; 2 - титан; 3 - Al2O3+ZrO2; 4 - Al2O3+TiO2; 5 –сталь без покриття.

Рис. 3. Зміна концентрації фібриногену суцільної крові         , модельного розчину    

і   тромбоцитів       після контакту з неіржавіючою сталлю (1), покриттям полімерами (2) та покриттям розчином альбуміну крові (3).


Таблиця 3.

Зміна параметрів суцільної крові волонтерів після контакту з різними покриттями на неіржавіючої сталі.

А

(с)

Б

%

В

г/л

Г

х 103

Д

а

б

0

130

90

3,50

388

11%

5%

  1.  

180

100

3,25

86

6%

6%

  1.  

160

90

3,00

220

7,5%

5%

  1.  

190

100

3,50

176

7,5%

5%

  1.  

260

100

3,50

212

6%

4%

  1.  

170

90

3,75

158

11%

10%

  1.  

170

100

3,25

198

11%

6%

0- показники крові, яка не була в контакті з покриттями; 1 – цирконій; 2 – титан; 3 – 5 поліуретани, які відрізняються між собою співвідношенням фторовмісними подовжувачами ланцюга, 6 – неіржавіюча сталь.

Показники крові в таблиці 3.

А. Плазменний лізис (норма = 130-140 с); Б. Протромбіновий індекс (норма = 80-100%); В. Фібриноген (норма = 2-4 г/л); Г. Кількість тромбоцитів (норма = 150 ÷350)103; Д. Концентрації тромбоцитів після контакту з покриттями в присутності 1 ммоль аденозин дифосфата а) процент агрегації тромбоцитів; б) процент спонтанної агрегації тромбоцитів.

З таблиці 3 видно, що найбільш інформативними для оцінки in vitro взаємодії покриттів з суцільною кров'ю є зміна концентрації фібриногену, кількості тромбоцитів та реакція тромбоцитів на різні концентрації індукторів агрегації аденозин дифосфату. Зміна інших показників крові не дає можливість однозначно визначити тромборезистентність покриттів. Покриття титаном, цирконієм та поліуретанами були відібрані як придатні для нанесення на стенти з можливістю їх імплантування.

Вплив покриття стентів на морфологічні зміни стінки судин експериментальних тварин оцінювали за даними біохімічних показників крові тварин перед імплантацією стенту та при виведенням тварини з експерименту. Було встановлено, що показники крові істотно відрізняються в залежності від виду покриття. Середні показники С-реактивного білку (CRP) як найбільш патогенетичного параметру при оцінці розвитку та динаміки запального процесу, а також підвищення холестерину плазми крові експериментальних тварин на заключній стадії експерименту показані в таблиці 4.


Таблиця 4.

Відносна зміна рівня холестерину та С-реактивного білку (CRP) крові експериментальних тварин наприкінці експерименту.

Вид

покриття

РАЗИ

Підвищення значення CRP в порівнянні з вихідним після виведенням з експерименту

Підвищення значення Холестерину в порівнянні з вихідним після виведенням з експерименту

1

4,2

0,9

2

3,7

1,4

3

2,7

1,4

4

1,4

2,0

5

6,1

1,8

6*

2,3

1,0

7

1,4

1,3

1 – аморфний вуглець; 2 – діамантоподібний вуглець; 3 –титан; 4 –цирконій; 5 –сталь; 6* – поліуретан; 7 – розчин альбуміну крові реципієнта

Примітка: * Показники крові у групах тварин зі стентами, з поліуретановими покриттями практично не відрізнялися і тому були зведені в таблиці 4 до однієї групи.

Зміна рівня CRP у сироватці крові експериментальних тварин дозволяє зробити висновок, що покриття аморфним вуглецем та неіржавіюча сталь викликають найбільш потужні запальні реакції, тоді як інші стінку судини практично не подразнюють.

На сьогодні не існує стандартизованого протоколу виміру розростання неоінтими після імплантації стенту. Для визначення розвитку рестенозу у стенті істотним є зміна площі поперечного перерізу просвіту судини. Рівень рестенозу в роботі визначали по зменшенню просвіту судини за рахунок стовщення його стінки. Проводили аналіз даних морфометрії усіх гістологічних препаратів, які були досліджені (таблиця 5), приймаючи до уваги відношення сумарної товщини стінки судини стосовно товщини стінки судини в інтактній зоні (таблиця 5 та Рис. 5). Сумарне значення показників складалося з товщини стінки судини під ніжкою стенту й над нею. Окремо порівнювали значення товщини стінки судини між елементами стенту та значення товщини стінки судини в інтактній зоні, що дозволяло більш точно оцінити вплив різних покриттів на зміни у шарах клітин стінки судини.

Рис.4. Зміна рівню холестерину         ( мг/дл) та CRP         (мг/мл) внаслідок

реакції організму експериментальних тварин на імплантацію стентів з різними покриттями.

1- вуглець; 2- діамантоподібний вуглець; 3- титан; 4- сталь;  

5 -цирконій; 6- поліуретани; 7- розчин альбуміну крові реципієнта.

Таблиця 5.

Середні значення товщини стінки черевної аорти кролів у місцях знаходження ніжок стентів з різними покриттями.

Матеріал

покриття

С

Сумарна товщина стінки у місці знаходження ніжки стенту

N

Товщина інтактної зони судини

C/N

x 100%

С1

Товщина стінки судини між ніжками стенту

С1/N

x 100%

1

370

177

209,65

276

156,3

2

429

234

183,09

293

125,6

3

168

150

112,00

206

137,06

4

209

203

103,00

186

92,01

5

213

184

115,48

257

139,02

6

188

210

89,48

151

71,68

7

143

140

102,15

147

105,03

1 – аморфний вуглець; 2 – діамантоподібний вуглець; 3 –титан; 4 –цирконій;

5 –сталь; 6 – поліуретани; 7 – адаптуюча композиція з розчину альбуміну


Рис. 5. Зміна співвідношення товщини стінки судини в місці імплантації стенту в порівнянні з товщиною інтактної зони судин в залежності від виду покриття.

Відношення загальної товщини стінки судини С як суми товщини під ніжкою та над ніжкою стенту та товщини інтактної зони судини N - C/N х 100%  

співвідношення товщини стінки судини між ніжками стенту С1 та товщина інтактної зони судини  N  - С1/ х 100% .

1- аморфний вуглець; 2- діамантоподібний вуглець; 3- неіржавіюча сталь; 4- титан; 5- цирконій; 6– поліуретан; 7 - адаптуюча композиція з альбуміну крові реципієнта.

З рисунка 5 видно, що альбумін в порівнянні з цирконієм та поліуретаноми найменше впливає на товщину утвореної неоінтими.

Проведені попередні дослідження з адгезії імуноглобулінів класу G до поверхні імплантату за допомогою атомно-силової мікроскопії корелюються з результатами експериментів in vivo. На рис.6 показана адгезія імуноглобулінів класу G, які були виділені з крові експериментальних тварин, до різних видів покриттів імплантатів та товщина стінки судини у місці встановлення стенту з відповідним покриттям.

Рис. 6. Зв´язок сили адгезії IgG       до поверхні імплантатів (нН) з товщиною       неоінтими судини           (мкм) в місці встановлення стентів.

1-титан; 2 – цирконій; 3 – поліуретани; 4 - адаптуюча композиція з альбуміну крові реципієнта.

ВИСНОВКИ

  1.  Показано, що покриття стентів внаслідок захісної реакції організму піддаються різним видам корозії або деструкції. Це підтверджується підвищенням рівня С-реактивного білку у сироватці крові кролів при знаходженні стенту у організмі.
  2.  Встановлено, що показником тромбогеності покриттів є зниження концентрації фібриногену більш ніж на 30%, зменшення кількості тромбоцитів у суцільній крові на 35% та зміна їх функціональної активності у присутності різних концентрацій індуктора агрегації тромбоцитів (аденозин дифосфату). Показано, що тромборезистентність покриття є необхідною, але не достатньою вимогою до матеріалу для виготовлення стентів.
  3.  Встановлені закономірності зміни товщини стінок судини при використанні покриттів різної природи. Показано, що стент із нержавіючої сталі дає збільшення товщини стінки судини внаслідок розвитку запалення на 40%, покриття стенту цирконієм приводить до зменшення товщини стінки судини на 9%, а нанесення поліуретанів на 15%, у порівнянні з інтактним сегментом судини.
  4.  Покриття на основі оксидів, нітридів та карбідів, покращуючи корозійну стійкість стентів у крові, не можуть бути рекомендовані для медичного використання при виготовленні саморозширюючих стентів з огляду на їх окрихуючу дію при циклічному навантаженні. Як сферу їх можливого медичного застосування слід розглядати ортопедію та травматологію.
  5.  На основі комплексних досліджень розроблені нове адаптуюче покриття на основі розчину альбуміну крові реципієнта з підвищеної тромборезистентністю та антипроліферативними властивостями, яке здатне попередити розвиток рестенозів при імплантації стентів в судини малого діаметру. Обґрунтовано застосування таких імплантатів у клініці для поліпшення якості лікування хворих. Нанесення на поверхню стенту адаптуючої композиції супроводжується утворенням мінімального шару неоінтими.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Фторсодержащие полиуретанмочевины в качестве покрытий коронарных стентов / Т.А. Алексєєва, О.В. Шекера, А.Є. Бородин, О.Н. Лазаренко, С.П. Ошкадеров // Доклады НАНУ. - 2005. - №5. - С. 149-154.
  2.  Исследование биоадгезивных взаимодействий на золоте, кремнии и стекле методом атомно-силовой спектроскопии / Т.А. Алексєєва, И.С. Єрмоленко, Н.И. Лебовка, П.М. Литвин, С.П. Ошкадёров, В.В. Янченко // Металлофизика и новейшие технологии – 2009. – том 31. - №2. – стр. 241-248.
  3.  Изменение поверхности металлических имплантов с неорганическими покрытиями после нахождения в живом организме / Т.А. Алексєєва, И.С. Ермоленко, С.П. Ошкадёров, О.Н. Лазаренко // Металлофизика и новейшие технологии – 2009. – том 31. - №7. – стр. 979 - 988
  4.  Nanoprobe spectroscopy of capillary forces and its application for a real surface diagnostics / A.A. Efremov, Т.А. Aleksyeyeva, P.M. Lytvyn, А.OAnishchenko, O.M. Dyachynska, I.VProkopenko // Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics, 2010. V. 13, N 2. P. 111-124.
  5.  Вплив структури поверхні стентів на їх біосумісність із судинною стінкою / Т.А. Алексеева, О.Н. Лазаренко, С.П. Ошкадёров, И.А. Скиба, S. Denyer, S. Mikhalovski // Журнал Практична медицина. - 2002. - № 2 (том VIII). - С. 107-109.
  6.  Морфология аорты кроликов после установки стентов с полимерными покрытиями / Т.А. Алексєєва, О.В. Шекера, О.Н. Лазаренко, И.А. Скиба // Журнал Экспериментальная и клиническая медицина. - 2002. - №2. - С. 19-21.
  7.  Изменения в аорте кроликов после установки стентов с новыми неорганическими покрытиями/ Т.А. Алексеева, О.Н. Лазаренко, С.ПОшкадёров, И.А. Скиба // Экспериментальная и клиническая медицина. - 2002. - №3. - С. 123-125
  8.  Реакція ендотелію на різні види імплантатів / Т.А. Алексеева, О.Н. Лазаренко, С.П. Ошкадёров, О.В. Шекера, С.В. Пасечный // Журнал Практична медицина. - 2003.- № 1 (том IX). - С. 129-130.
  9.  Изменения структуры стенки аорты кролика при установке стентов с различными покрытиями / Т.А. Алексеева, О.Н. Лазаренко, О.В.Сергиенко, С.П. Ошкадёров, И.А. Скиба, О.В. Шекера, С. Дениер, С. Михаловский // Украинский кардиологический журнал. - 2003. - № 1. - С. 96 -98.
  10.  Синтез и тромборезистентные свойства фторированных полиуретанмочевин / О.В. Шекера, Т.А. Алексеева, А.Е. Бородин, О.Н. Лазаренко // Украинский химический журнал.- 2004. - Т. 70.- № 4.- С. 212-216.
  11.  Новые неорганические покрытия для коронарных стентов / О.Н. Лазаренко, Т.А. Алексеева, С.П. Ошкадеров, И.А. Скиба, С. Дэниер, Р. Фарайер, С. Михаловский // Журнал Український медичний часопис. - 2004. - № 4/42. - С.109-113.
  12.  The use of nonbiodegradable matrixes for the implanted cell fate study / V. Zaporozhan, D Pykhtyeyev, T Gulko, O. Toporova, T. Aleksyeyeva, O. Kholodkova, O. Sukhorada, T. Ruban & V. Kurdium // Regenerative MedicineSeptember 2007 vol. 2, No.5 p 82-83

ПАТЕНТИ

  1.  Поліуретаносечовини як плівкотворні полімерні матеріали та покриття на їх основі медичного призначення / О.В. Шекера, А.ЄБородін, Т.А. Алексєєва, В.В. Мужев, О.М. Лазаренко, Н.В. Ярова // Патент України 6С08G18/00, A61L33/00 15.02.2001. Бюл. №1.
  2.  Речовина для підвищення біосумісності імплантантів з організмом реципіента / В.В. Янченко, Т.А. Алексеева, О.М. Лазаренко, С.П. Ошкадёров // Патент України 56960 7А61К33/14 15.05.2003. Бюл.№5, 2003 р.
  3.  Фторовмісні поліуретани як плівкотворні полімерні матеріали медичного призначення / О.В. Шекера, А.Є. Бородин., Т.А. Алексєєва, Н.В. Козак, О.М. Лазаренко, Ю.М. Нізельський // Патент України 76351 7А61L33/00 17.07.2006. Бюл.№7, 2006 p.

ТЕЗИ НА КОНФЕРЕНЦІЯХ

  1.  Biocompatibility of different intravascular stent coatings with whole blood / T.A. Alexeeyva, O.N. Lazarenko, O.V. Shekera, I.A. Skiba // J. Basic Research in Cardiology.-1999.- Vol. 94.- № 5.- P. 379.
  2.  Фторовмісні гемосумісні поліуретани медичного призначення / О.В. Шекера, О.М. Лазаренко, А.Є. Бородін, Т.А. Алексєєва, Ю.С. Ліпатов // У книзі “XI українська Конференція з Високомолекулярних Сполук”.- м. Київ.- 26-28 вересня 2000 р.- C. 124
  3.  New coatings for coronary stents based on fluorine derivatives / T.A. Alexeeyva, O.N. Lazarenko, O.V. Shekera, I.A. Skiba // in book “III Congres Francophone de Cardiologie Intervenionnelle”. - France, Paris. - 2001. -  P. 34.
  4.  Новое покрытие стентов из производных полиуретан флуорина / Т.А. Алексеева, О.М. Лазаренко, О.В. Шекера, И.А. Скиба // У книзі «I Российский Съезд Интервенционных Кардиологов».- Россия.-  Москва.- 2002г. С. 116-117.
  5.  Inorganic coatings for intravascular construction / T.A. Alexeeyva, O.N. Lazarenko, S.P. Ochkaderov, I.A. Skiba // in book «III Symposium Endocoronary Biomechanics and Restenosis». - France, Marselle. - 2002. - Р. 34.
  6.  Investigation of human serum albumin adsorption on the austenitic stainless steel surfaces treated in oxygen glow discharge / M. Vinnichenko, T. Alexeeyva, V. Tsiolko, P. Lytvyn, N. Shama, S. Ochkaderov, O. Lazarenko, L. Poperenko, M. Kulish //  in book «Problems of Optics & High Technology Material Science SPO 2002». - October 24-26. - Kiev, Ukraine. - 2002. - P. 210.
  7.  The influence of the stent`s surface on restenosis development / T.A. Alexeeyva, O.N. Lazarenko, S.P. Ochkaderov, I.A. Skiba // in book “IV Congres Francophone de Cardiologie Intervenionnelle”. - France, Paris.- 2002.- P. 129.
  8.  Фторвмісні ароматичні діаміни як мономери для синтизу поліуретаносечовин медичного призначення / О.В. Шекера, К.В. Тарасенко, В.В. Мужев., Т.А. Алексеева, О.М. Лазаренко, А.Е. Бородін // У книзі матеріали конференції «Домбровські хімічні читання 2003».- 2003.- м. Черкаси, 26-28 травня 2003 р. С. 59.
  9.  Various inorganic coatings for modification of the metal stent`s surface / T. Aleksyeyeva, O. Lazarenko, S. Mikhalovsky, I. Homolyako, L. Mikhalovska // in book “7th Essen Symposium on Biomaterials and Biomechanics: Fundamentals and Clinical Applications”.- October, 6th –8th, 2004.- P. 88.
  10.  Tromboresistant Fluorocontaining Poly(urethane urea)s: Synthesis, Properties and Application / O. Shekera, N. Kozak, T. Alekseeva, O. Lazarenko, Yu. Nizelskii // in book “7th Essen Symposium on Biomaterials and Biomechanics: Fundamentals and Clinical Applications”. - October, 6th –8th, 2004. - P. 90-91.
  11.  New adaptive composition for keratoplasty (Experimental study) // L. Denisyuk, N. Denisyuk, T. Aleksyeyeva, O. Lazarenko, V. Yanchenko // in book “7th Essen Symposium on Biomaterials and Biomechanics: Fundamentals and Clinical Applications”. - October, 6th –8th, 2004. - P. 138.
  12.  The corrosion stents stability after implantation (experimental study) / T.  Aleksyeyeva, O. Lazarenko, S. Mikhalovsky, M. Santin, D. Terr, S. Field // in book “VI Congres Francophone de Cardiologie Intervenionnelle”. - France, Paris. - 2004. - P. 110.
  13.  Un changement du CRP niveaux apres l`implantation d`un stent dans une experince comme indicateur prongnostique du developpement de la restenose dans un stent / T. Aleksyeyeva, O. Lazarenko, I. Homolayko, A. Lazarenko // in book “VI Congres Francophone de Cardiologie Intervenionnelle”. - France, Paris. - 2004. - P. 124.
  14.  Le revetement des constructions endovasculaires par le plasma sanguin previent leur destruction dans l’organisme / T. Aleksyeyeva, O. Lazarenko // in book “VII Congres Francophone de Cardiologie Intervenionnelle”. - France, Paris. - 2005. - P. 130.
  15.  The alteration of CRP level after experimental implantation of stent as a prognostic index of the development of restenosis in stent / T. Aleksyeyeva, O. Lazarenko, I. Homolayko, A. Lazarenko // in book “Artery 5”. - France, Paris. - 2005. - P. 19.
  16.  Méthode physique de détermination de la biocompatibilité des matériaux pour les implants intravasculaires / V. Yanchenko, T. Alekseyeva, O. Lazarenko, V. Bobrov, P. Litvin, O. Litvin, S. Oshkaderov // in book “VIII Congres Francophone de Cardiologie Intervenionnelle”. - France, Paris.- 2006.- P. 114.

АНОТАЦІЯ

Алексєєва Т.А,. Розробка нових покриттів металевих імплантатів для покращення їх толерантності до тканин організму. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук зі спеціальності 01.04.18 – фізика і хімія поверхні. Інститут металофізики ім. В.Г. Курдюмова, Національна академія наук України, Київ, 2011.

На основі міждисциплінарних комплексних досліджень встановлено, що практично всі покриття коронарних стентів зазнають агресивної реакції з боку організму пацієнта, яка проявляється в корозії елементів конструкції, руйнуванні покриттів та самого стенту

Встановлено, що граничним показником тромбогеності покриттів є зниження концентрації фібриногену більш ніж на 30%, зменшення кількості тромбоцитів у цільній крові на 35% та зміна їх функціональної активності в присутності різних концентрацій індуктора агрегації тромбоцитів (аденозин дифосфат).

Встановлено закономірності зміни товщини стінок судини при використанні покриттів різної природи. Показано, що стент із неіржавіючої сталі дає збільшення товщини стінки судини на 40%. Покриття стенту цирконієм та фторовмісними поліуретан сечовинами знижує розростання стінки судини на 9%, і 15% в порівнянні з інтактним сегментом судини відповідно.

Нанесення адаптуючої композиції на поверхню стента сприяє утворенню мінімального шару неоінтими, що становить не більше як 2% в порівнянні з інтактною частиною судини.

За допомогою атомно-силової мікроскопії розроблено метод доопераційного тестування толерантності організму до матеріалу імплантату.

Ключові слова: стенти, судини малого діаметру, покриття, рестеноз у стенті, адаптуюча композиція.

АННОТАЦИЯ

Алексеева Т.А. Разработка новых покрытий металлических имплантатов для улучшения их толерантности тканям организма – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.18 - физика и химия поверхности. Институт металлофизики им. В.Г. Курдюмова, Национальная академия наук Украины, Киев, 2011.

На основе междисциплинарных комплексных исследований установлено, что практически все покрытия стентов подвергаются агрессии со стороны организма пациента, которая выражается в разрушении покрытий и возникновении коррозии элементов конструкции.

В исследованиях in vitro было установлено, что нанесение на поверхность имплантата покрытий позволяет снижать адсорбцию на нее фибриногена из модельного раствора и цельной крови, а также осаждению тромбоцитов. Эксперименты in vivo подтвердили, что нанесение покрытий приводит к уменьшению коррозии имплантатов при их функционировании в организме.

Установлено, что показателем тромбогенности покрытий являются снижение концентрации фибриногена более чем на 30%, уменьшение на 35% количества тромбоцитов в цельной крови и изменение их функциональной активности в присутствии различных концентраций индуктора агрегации тромбоцитов аденозин дифосфата.

Установлены закономерности изменения толщины стенок сосуда при использовании покрытий различной природы. Показано, что стент из нержавеющей стали, приводит к увеличению толщины стенки сосуда на 40% за счет асептического воспаления в месте его нахождения. Нанесение циркония и покрытие фторсодержащими полиуретан мочевинами стента снижает воспаление и приводит к уменьшению толщины стенки сосуда на 9% и 15% по сравнению с интактным сегментом сосуда соответственно.

Обнаружено, что нанесение углеродных покрытий на поверхность стента приводит к усилению реакции организма, которая выражается в увеличении воспаления в зоне контакта. Результатом такого вида коррозии является разрушение стента, приводящее к тромбированию сосуда.

Методами сканирующей электронной микроскопии было показано, что после функционирования в организме стентов из нержавеющей стали происходит изменение состава его поверхности. В случае использования неорганических покрытий было обнаружено их разрушение в результате циклических нагрузок, которые возникают при сокращении мышечного слоя сосуда. Также была показана нестабильность полимерного покрытия вследствие его отслоения при нахождении стентов в организме экспериментальных животных.

Разработанная в ходе исследований адаптирующая композиция на основе белков сыворотки крови реципиента позволила существенно уменьшить реакцию организма на поверхность стента по сравнению с покрытиями полимерами. Методами эллипсометрии и атомно-силовой микроскопии было показано, что при нанесении адаптирующей композиции на поверхность имплантатов формируется тонкий слой необратимо адсорбированного белка, который экранирует центры связывания иммуноглобулинов, препятствуя развитию реакции организма на инородный материал. Такой подход назван методом «биомимикрии». Следствием этого является образование минимального слоя неоинтимы. Так же в работе была разработана методика дооперационного определения реакции организма на имплантат с помощью атомно-силовой микроскопии.

Ключевые слова: стенты, сосуды малого диаметра, покрытия, рестеноз в стенте, адаптирующая композиция.

SUMMARY

Aleksyeyeva A.T. Development of new coatings of metal implants for improvement their biocompatibility. – Manuscript.

Thesis is presented for the degree of candidate of Physical and Mathemetical Science in Surface and Chemistry, category 01.04.18. – G. V. Kurdumov Institute for Metal Physics, The National Academy of Science of Ukraine, Kiev, 2011.

On the base of complex interdisciplinary study there was find that practical all coatings which are in use today, are aggressively effected by recipients body that resulted in stents elements corrosion, coatings fragmentation and even stent destruction.

It was stated that coatings’ trombogenity index is the decreasing fibrinogen concentration more than 30%, diminishing about 35% of platelets amount in whole blood and changing of their functional activity in the presence of different concentrations of platelets aggregation inductor (adenoene diphosphate). It was shown that coatings tromboresistance is a necessary, but not sufficient requirement to material stents manufacture.

There was determined the correlation between the changes in vessels wall thickness and the coatings of different nature. It was shown that stainless steel stent without coating results in multiplying the vessel wall thickness by 40%. The stents zirconium and using of fluorine polyurethane ureas coatings lead to decreasing of vessel walls thickness over 9%, and 15% in comparison of intact vessel part correspondingly.

It was shown that coating stainless steel stents with fluorine polyurethane ureas and zirconium coatings prevents the metal corrosion. Treating the stents surface with adaptive composition also prevents the metal corrosion and evokes the formation of minimum neointima layer which is about 2% in comparison to the intact vessels segment.

Key words: Stent, vessels of small diameter, coatings, in-stent restenosis, adaptive composition.


Підписано до друку 02.02.2011. Формат 60х84/16. Гарн.Тип.  Таймс. Пап..офс.

Друк ризо графічний. Ум.друк.арк.0,9,. Обл.-вид.арк. 0,9

Тираж 100 прим. Зам.0-36

Поліграфічна дільниця

Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України

Україна, 03680 Київ-142, МСП, бульв. Академіка Вернадського, 36