Биополимеры в медицине кратко

Обновлено: 30.06.2024

Полимеры в медицине: особенности применения

Полимерные материалы, находящиеся в контакте с биологическими средами живого организма, могут растворяться в этих средах без изменения молекулярной массы или подвергаться биодеструкции по следующим основным механизмам:

гидролиз с образованием макромолекулярных осколков и мономерных продуктов;
каталитический гидролиз под влиянием ферментов;
фагоцитарное разрушение (защитная клеточная реакция организма на инородное тело).

В реальных условиях скорость биодеструкции, по-видимому, обусловлена суммарным воздействием указанных факторов.

Биологическая активность полимерных материалов связана с образованием продуктов биодеструкции, а также с присутствием в полимерах остаточных мономеров и добавок (пластификаторов, стабилизаторов, красителей, наполнителей, эмульгаторов, инициаторов и др.).

Среди многочисленных проблем санитарно-химических исследований особое значение имеют следующие:

выявление токсикологической опасности полимерных материалов на основании качественного и количественного определения состава низкомолекулярных продуктов;
изучение закономерностей миграции примесей из полимеров в зависимости от их химической природы и сред живого организма;
исследование процессов метаболизма, изменений функциональных систем организма, путей выведения из него продуктов биодеструкции.

Особое значение имеет токсикологическая оценка полимерных материалов, применяемых в медицине в условиях непосредственного контакта с живым организмом. Необходимость тщательной токсикологической оценки полимеров, даже обладающих высокой химической стойкостью и инертностью, связана с тем, что процессы их переработки часто осуществляются при температуpax, близких или превосходящих начальные температуры разложения этих полимеров (табл. 1). Продукты термической и термоокислительной деструкции могут присутствовать в материале в сорбированном виде и оказывать токсическое воздействие на организм, которое непосредственно не связано с химической природой и структурой исходного полимера.

Имплантация в организм животных ряда полимерных материалов, не обладающих общетоксическим действием, может приводить к возникновению злокачественных опухолей. Так, через 6—8 месяцев после имплантации в различные органы крыс гладких пластинок из полиэтилена, поливинилхлорида, фторопласта, полиакрилатов, полиамидов, кремнийорганического каучука и др. наблюдалось возникновение злокачественных опухолей. Однако такое бластоматозное действие наблюдалось лишь на мелких животных (крысы, мыши, хомяки, морские свинки), причем аналогичным образом в этих условиях проявляли себя такие инертные материалы, как стекло, благородные металлы. Установлено также, что имплантация полимеров в виде порошка или перфорированных пластин не вызывает образования опухолей и оказывает слабый бластоматозный эффект. Большинство исследователей считает, что бластомогенное действие биоинертных полимеров обусловлено не их химической природой, а механическим длительным раздражением стенок соединительнотканной капсулы, возникающей вокруг имплантированного материала, и нарушением нормального обмена в ней.

Таблица 1. Допустимые температуры переработки полимерных материалов при производстве изделий медицинского назначения:

Полимеры медико-технического назначения

Применение полимеров для изготовления изделий медицинской техники позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, предметов ухода за больными, специальной посуды и различных видов упаковок для лекарств, обладающих рядом преимуществ перед аналогичными изделиями из металлов и стекла: экономичностью, в ряде случаев — повышенной стойкостью к воздействию различных сред, возможностью выпуска изделий разового использования и др.

Основные требования к полимерам (и материалам на их основе) для производства изделий медицинской техники:

необходимый комплекс физико-механических свойств, зависящий от конкретного назначения материала;
повышенная химическая стойкость, обусловливающая стабильность изделий под воздействием жидких сред, в том числе стерилизующих жидкостей;
минимальное содержание низкомолекулярных примесей, стабилизаторов, катализаторов и других технологических добавок;
отсутствие запаха;
способность выдерживать тепловую стерилизацию (в том числе автоклавирование) и радиационную стерилизацию;
стабильность состава жидких медицинских препаратов, находящихся в контакте с полимерным материалом;

Разработана технология производства биоразлагаемых полимеров на основе PLGA для медицинской и фармакологической промышленности. Потенциальный рынок применения: системы доставки лекарств с контролируемым высвобождением, биоразлагаемые ортопедические импланты и шовные материалы. Сегодня подобные материалы в России представлены исключительно импортными продуктами.

адресной транспортировки лекарств (препараты с пролонгированным действием);
доставки генов;
тканевой инженерии;
антибактериальных и необрастающих хирургических биоматериалов.

Современная медицина требует инновационных решений. Это должны быть материалы, которые не снижают, а поддерживают качество жизни пациентов. То есть сводят к минимуму вмешательство в организм человека во время медицинских манипуляций. Повышение доступности отечественных полимеров PLGA стимулирует разработки биоразлагаемых медицинских материалов, в том числе микрокапсул для систем доставки субстанций. Это позволит преодолеть отставание фармацевтических технологий и фундаментальных знаний в области биополимеров и биомедицины в России.

Биоразлагаемые полимеры обладают широкой вариативностью в плане условий разложения: pH и температуры, ферментативного или неферментативного действия микроорганизмов, окисления, восстановления, областей применения. Их можно разделить на три большие группы:

Биоразлагаемые материалы находят широкое применения в терапии: производство вакцин, новых лекарственных препаратов и способов доставки субстанций, тканевая инженерия, ортопедия, урология и гинекология, кардиология, стоматология.

Пероральное употребление лекарств – традиционный и наиболее удобный в быту способ. Однако некоторые виды препаратов (например, на основе белков) подвержены разложению ферментами в ЖКТ. Поэтому они вводятся через инъекции или импланты. Это не всегда удобно. Для таких лекарств необходимо разработать составы, которые сделают возможным их пероральное употребление.

Еще одна задача – поддерживать оптимальную концентрацию лекарств в организме, требующих многократного применения через разные промежутки времени. Нужна особая система доставки субстанций: процесс высвобождения активных веществ с контролируемой скоростью в конкретном месте для достижения максимальной эффективности и минимизации побочных явлений.

В этом контексте биоразлагаемые полимеры являются универсальным материалом для разработки систем доставки лекарств, благодаря их способности улучшать фармакокинетику, продлевать циркуляцию препарата в организме. Можно поддерживать концентрацию активного агента в пределах терапевтического окна и регулировать скорость высвобождения.

Объем мирового рынка систем доставки лекарств с контролируемым высвобождением в 2019 году оценивался в 37,8 млрд долларов США. Изменение структуры лечения и растущее предпочтения врачей в новых методиках являются ключевыми факторами роста. Ожидается, что такие преимущества, как высокая терапевтическая эффективность, лучшее соблюдение пациентом режима лечения и снижение стоимости лечения, будут способствовать увеличению спроса на системы доставки из биодеградируемых полимеров.

Кости не только обеспечивают механическую основу для тканей, но и служат хранилищем кальция. Регенерация критических костных дефектов, вызванных травмами, переломами и опухолями довольно сильно ограничена из-за проблем, связанных с обычными методами аутогенной и аллогенной костной пластики.

В ортопедии непрерывно растет спрос на альтернативные материалы: керамику, полимеры, металлы, органические заменители костей. Каркасы должны обеспечивать временную поддержку клеток, стимулировать их разделение и пролиферацию для образования новых тканей. Идеальный каркас должен безопасно разрушаться в организме, когда поддержка больше не нужна. То есть быть биосовместимым, механически прочным и безвредным для тканей. иметь требуемую пористую структуру.

Сталь, титан и композиты обеспечивают временную поддержку при хирургическом вмешательстве. Они не разлагаются, часто требуют повторной операции для удаления имплантата, что, в свою очередь, может вызвать дополнительные сложности для пациентов. Керамика, несмотря на хорошую остеокондуктивность, является хрупким материалом и плохо обрабатывается. В этом плане биоразлагаемые полимеры обладают рядом преимуществ:

Еще одним возможным вариантом применения биоразлагаемых полимерных материалов на основе PLGA является производство на базе российского сырья и по отечественной технологии хирургических рассасывающихся шовных нитей. Глобальной рынок хирургических шовных устройств (нить с иглой) составит 4,86 млрд долларов США к 2024 году. С 3,81 млрд долларов США в 2019 году рынок будет расти в среднем на 5% с 2020 по 2025 год.

На протяжении нескольких лет в Томском государственном университете (НИ ТГУ) велись исследования в области синтеза и очистки мономеров, участвующих в получении ценных биодеградируемых полимеров, которые находят широкое применение в медицине, фармацевтике, пищевой промышленности.

Полилактидкликолид (PLGA) является биосовместимым и биоразлагаемым полимером, подходящим для производства имплантов: пластин, винтов, пинов, которые рассасываются в организме в течение 2-4 лет. Он также является важным компонентом в актуальных и перспективных разработках систем контролируемой доставки биологических пептидов и малых интерферирующих РНК, с которыми связывают изменение парадигмы в лечении сложных заболеваний.

Потенциальный рынок применения нашей продукции разделяется на несколько перспективных сегментов: системы доставки лекарств с контролируемым высвобождением, биоразлагаемые ортопедические импланты и шовные материалы.

Мировой рынок PLGA показывает рост со среднегодовым темпом примерно на 13,0% в течение следующих пяти лет и достигнет 91 миллиона долларов США в 2024 году по сравнению с 44 миллионами долларов США в 2019 году, согласно новому исследованию GIR (Global Info Research).

Российский рынок представлен лишь импортными продуктами в виду отсутствия производства данных полимеров на территории страны. Импорт на отечественный рынок шовных нитей только на основе PLGA в 2020 году составил 722,57 кг на сумму более 45 млн рублей. Оценочно импорт ортопедических имплантов на основе PLGA в 2019 году составил 40,18 тонн на сумму 2,3 млрд рублей. Кроме того, в РФ ввозятся винты интерферентные, которые состоят из PLGA частично (на 65%).

Отметим, что созданные в ТГУ полимеры обладают аналогичными характеристиками качества, что и зарубежное сырье. Степень чистоты полученных биоразлагаемых полимеров такая же или выше, чем у зарубежных продуктов. Конкурентное преимущество заключается в доступности отечественных полимеров, как логистической (сокращение сроков поставки, таможенного оформления, рисков валютных колебаний), так и ценовой.

В настоящее время уже запущено производство биоразлагаемых полимеров на основе PLGA малыми партиями для тестирования фармакологическими компаниями. Мы можем осуществлять поставки материалов частным потребителям.

ИХТЦ готов полностью упаковать технологию для организации полноценного производства полимеров для медицинских нужд на территории РФ – организовать и настроить производственные процессы, подобрать команду, обеспечить контроль и помочь с направлениями сбыта готовой продукции.

Вы можете задать любые интересующие вас вопросы в удобной для вас форме.

Читайте также: