Дело тонкое

Сердечно-сосудистые заболевания, по данным Всемирной организации здравоохранения, - основная причина смерти во всем мире. Не случайно борьба с такими болезнями в России даже имеет статус отдельного федерального проекта в рамках нацпроекта "Здравоохранение". Ученые Научно-исследовательского института комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний (НИИ КПССЗ) в Кузбассе успешно ведут разработку уникальных биодеградируемых протезов для сосудов диаметром менее 3 мм. Эффективных сосудистых протезов такого вида в мире еще нет. Этот проект в области тканеинженерных технологий реализуется в научно-образовательном центре "Кузбасс", созданном в Кемеровской области по нацпроекту "Наука". В чем уникальность изобретения и как проходят доклинические испытания, ученые рассказали порталу "Будущее России. Национальные проекты", оператором которого является ТАСС. 

Человеческий организм почти на четверть состоит из сосудов - это и крупные артерии и вены, и еще сотни тонких, до 1 мм, сосудиков. И те и другие для здоровья человека важны в равной степени. По ним движется кровь, а с ней кислород и питательные вещества ко всем без исключения внутренним органам. Как только сосудистая система дает сбой, ухудшается самочувствие, повышается нагрузка на сердце, страдает мозг, возникает риск инфарктов, инсультов и других болезней. 

Медицине известно не менее тысячи отклонений, касающихся артерий, вен и других сосудов человека, которые могут привести к серьезным патологиям. Сосуды истончаются, сужаются и расширяются, тромбируются. Многим пациентам с такими патологиями показано протезирование сосудов - замена поврежденного участка синтетическим или биологическим протезом. 

Синтетические сосуды в медицине используются давно, но эффективны они только при протезировании сосудов среднего и крупного диаметра - до 6 мм. Если заменять ими более тонкие сосуды, синтетический материал, взаимодействуя с кровью и тканями, покрывается тромбами, что опасно для здоровья человека. В таких случаях медики вынуждены использовать для протезирования собственные неповрежденные сосуды пациента. Однако этот вариант подходит далеко не всем. 

"Синтетика, к сожалению, не годна для того, чтобы поставить ее на сосуд малого диаметра и пациент смог жить с ней дальше всю оставшуюся жизнь. В таком случае протезирование ведется собственными сосудами пациентов, но лишних сосудов в нашем организме нет, это достаточно травматично и не всегда возможно. Примерно в 30% случаев у пациентов, которым показано протезирование, невозможно найти здоровый сосуд для замены тромбированного. Соответственно, этим людям хирургически помочь нельзя. Они остаются инвалидами, живут на поддерживающей терапии", - объясняет заведующая лабораторией клеточных технологий НИИ КПССЗ доктор медицинских наук Лариса Антонова. 

По этой причине во всем мире остро стоит проблема созданию такого сосудистого протеза малого диаметра, который не создавал бы риск образования тромбов после имплантации. 

"Над ней работаем и мы, - уточняет Антонова. - Только в России ежегодно требуется не менее 80 тыс. протезов для таких сосудов". 

Коронарное шунтирование, операции на питающих мозг артериях, оперативные вмешательства при стенозе - во всех этих случаях пациентам требуется замена сосудов малого диаметра, от 3 мм и тоньше. Над биоразлагаемыми протезами с 2009 года работают в кузбасском НИИ КПССЗ под руководством академика РАН Леонида Барбараша, по инициативе которого в институте был создан экспериментальный отдел. За десять лет здесь серьезно продвинулись в разработке и даже успешно проводят доклинические испытания. 

"Умные" протезы 

Основная причина тромбоза простых синтетических сосудистых протезов малого диаметра - их конфликт с внутренней средой человеческого организма. "Подружить" синтетические материалы с кровью, тканями, миллионами бактерий не так просто, особенно в условиях низкого кровотока. Кузбасские ученые свои протезы делают из биодеградируемых полимеров, у них хорошая биологическая совместимость с организмом человека. Особенность материала еще и в том, что после протезирования такая "умная" сосудистая трубка со временем разлагается, а на ее месте из здоровых тканей формируется собственный новый сосуд. 

"Генеральная идея такова, чтобы постепенно трубчатый каркас протеза рассасывался, выполнив свою функцию по привлечению нужных клеток, и из них формировался собственный новый и здоровый сосуд. Поэтому мы используем именно биодеградируемые полимеры. Сосудистые протезы мы делаем методом электроспининга - с помощью специальной машины, которая в условиях сильного электрического поля при подаче полимерного раствора через очень тонкую иглу расщепляет его на очень мелкие нити и собирает в изделие нужного диаметра и размера", - рассказывает Лариса Антонова. 

Доклинические испытания "умных" протезов на животных проходят успешно. Первыми стали крысы, которым биодеградируемые протезы имплантировали в аорту диаметром чуть более 1 мм. У грызунов годичная проходимость протезов составила 93%. 

Но с человеческим организмом эти животные имеют не так много общего, а процессы восстановления у них идут куда быстрее и с меньшим риском осложнений, поэтому испытания были продолжены на овцах. Их анатомия и физиология сердечно-сосудистой системы больше похожи на человеческие, а кроме того, овцы склонны к тромбообразованию, что делает их почти идеальными объектами доклинических испытаний. 

"Операции по имплантации сосудистого протеза в сонную артерию проведены 35 овцам. Полуторагодичная проходимость протезов выявлена в 50% случаев, тогда как существующие на рынке синтетические сосудистые протезы, имплантированные овцам, тромбировались в первые дни после имплантации в 100% случаев. Эти результаты говорят нам о перспективности исследований и показывают, что создать эффективный сосудистый протез малого диаметра - это реально", - отмечает завлабораторией. 

Одна из причин образования тромбов в "умных" протезах - их структура. Стенки биоразлагаемого импланта пористые, это сделано специально, чтобы на их неоднородную поверхность могли заселяться сосудистые клетки для формирования нового сосуда. Если сделать протез гладким, регенерации не произойдет. Но кроме здоровых клеток пористая структура может заполняться и патогенной средой. Задача ученых - минимизировать риски возможных осложнений. 

"Эта пористость как раз и опасна тромбообразованием, туда могут заселяться микробы, но пористость вместе с тем нужна и для заселения новыми здоровыми клетками. В организме это называется внеклеточный матрикс - это основа, ниша для клеток, без которой они не смогут поддерживать свою жизнеспособность. Сейчас нам нужно улучшить работоспособность протеза с минимальной склонностью к тромбозу", - пояснила Антонова. 

Научная коллаборация 

На новом этапе разработок ученые кузбасского НИИ сотрудничают с коллегами из новосибирского Академгородка - из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Института ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН и МГУ имени М.В. Ломоносова. Их общая задача - создать новую модификацию биоразлагаемого сосудистого протеза с большей эластичностью, максимальной устойчивостью к тромбообразованию и способностью противостоять воспалениям. 

Для этого рельеф протезов временно сгладят с помощью так называемых биорастворимых полимеров. На первом этапе после имплантации их поверхность будет максимально ровной, в организме ее покроет белок альбумин, который позволит блокировать образование тромбов. Так что к моменту, когда верхний слой начнет растворяться, а пористая структура обнажится, риск тромбообразования будет сведен к минимуму. 

Кроме того, стенки протезов покроют специальными пептидами, разработанными новосибирскими учеными: они способны нейтрализовать даже устойчивые к антибиотикам бактерии и микробы и не дадут агрессивной среде спровоцировать осложнения. Проект поддержан Российским научным фондом и получил грант на реализацию в размере 18 млн рублей. 

"Мы занимались разработкой противовирусных и антибактериальных изделий нового класса, непохожих на антибиотики и более активных в отношении антибиотикоустойчивых штаммов. Они прошли тестирование, показали свою эффективность, и сейчас мы будем их использовать для модификации протезов. Наша задача - присоединение химических агентов, которые обеспечат антибактериальные свойства протезам, чтобы на них не росли бактерии, не вызывали воспаления", - рассказывает заведующий лабораторией органического синтеза Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН в Новосибирске Владимир Сильников. 

Коллеги из Института ядерной физики помогут кузбасским ученым "подружить" биополимеры с пептидами: с помощью дозированного радиационного ионизирующего облучения изделия будут стерилизовать, нанося пептидные компоненты. 

"Еще в 1970-е годы ученые Академгородка научились "пришивать" к полимолекулам лекарственные средства, эта "сшивка" идет радиационным способом, когда мы облучаем весь материал электронами. Мы в рамках совместной работы с НИИ КПССЗ подбираем необходимые дозы радиационного ионизирующего облучения для так называемой сшивки биополимерных протезов с химическими агентами. Кроме того, в процессе такой обработки производится полная стерилизация изделий, так как под воздействием облучения все вирусы и бактерии, которые могут вызвать сепсис и другие заражения, погибают", - рассказывает старший научный сотрудник Института ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН Вадим Ткаченко. 

Когда новая модификация протезов будет готова, ученые приступят к новым доклиническим испытаниям на овцах. Они должны завершиться менее чем за три года. 

"До 2022 года мы получим полностью результаты всех доклинических испытаний, опишем их, опубликуем и сможем выдать опытный образец высокоэффективного сосудистого протеза, который будет готов к клиническим испытаниям", - говорит Лариса Антонова. 

Клинические испытания сделают разработку кузбасских ученых еще на один шаг ближе к пациентам с сердечно-сосудистыми заболеваниями, для которых новые биодеградируемые протезы - шанс на здоровую полноценную жизнь. Число операций по протезированию сосудов благодаря новым протезам значительно возрастет, а на хирургическую помощь смогут рассчитывать пациенты, которых сегодня вынужденно ограничивают консервативными методами лечения. 

Мария Пименова (Кемерово)