Введение гепарина в полимерный материал - полимеры медицинского назначения
Все примеры, которые были приведены в предыдущих разделах, относятся только к таким синтетическим материалам, которые в той или иной степени, но обязательно вызывают тромбообразование. Веществом, наиболее эффективно предотвращающим образование тромбов, является гепарин- он изучен достаточно Детально. В разделе, где рассмотрен естественный механизм свертывания крови, мы уже отмечали, что гепарин представляет собой кислый мукополисахарид, препятствующий дальнейшей активации IX фактора свертывания. Ввиду хорошей растворимости гепарина в крови его используют весьма просто — в виде слоя, нанесенного на полимер и плотно адсорбированного на его поверхности. Если же ввести гепарин в состав полимера в виде добавки, то он быстро вытечет наружу, и эффект действия, естественно, исчезнет. Таким образом, очевидна постановка задачи: не теряя активности гепарина, зафиксировать его на полимере и удерживать там в течение достаточно длительного времени. Для разрешения этой задачи были разработаны два способа, основанных на использовании ионных и сопряженных связей. Ниже оба эти способа рассматриваются отдельно.
Способ с использованием ионных связей. Ввиду того, что гепарин является поливалентным полианионом, его можно зафиксировать двумя путями: либо используя катионы, которые сшивают его мостиковыми связями с полимерным материалом, либо вводя в полимер катионные группы с образованием ионных связей. В качестве характерного связывающего агента можно указать на бензиламмонийдихлорид или на тридодецилметиламмонийхлорид- строение их описывается следующими формулами:
Очевидно, что с гепарином эти агенты способны образовывать комплексы, нерастворимые в воде. Впервые в истории гепарин в рассматриваемом аспекте использовал Gott, который применил методику, получившую название способа GBH. По этому способу полимерный материал обрабатывают графитовой эмульсией, после чего адсорбируют на его поверхности бензил-аммонийхлорид, а затем обрабатывают водным раствором гепарина, фиксируя последний на поверхности полимера с образованием ионных связей. Впоследствии описанный способ был усовершенствован, в частности, вместо графита было предложено использовать тридодецилметиламмонийхлорид. Реализация обеих методик образования ионных связей при осуществлении in vivo потребовала очень мало времени, а материал показал чрезвычайно высокую антитромбогенность. Вместе с тем при реализации возникли и достаточно трудные проблемы: во-первых, в результате седиментации связывающего агента гепарин вытекает, в связи с чем более или менее длительное удерживание невозможно- во-вторых, практическому использованию способа препятствует токсичность связывающих агентов.
Ввиду указанных трудностей были проведены исследования, общая задача которых состояла в том, чтобы ввести катионные группы непосредственно в макромолекулярные цепи синтетического материала. В частности, был разработан метод, заключающийся в том, что у-аминопРопилтРиэтоксисилан (СН3СН2О) 3SiCH2CH2CH2—.NH2 связывают химическими связями с ОН-группами двуокиси кремния (наполнителя силиконового каучука), после чего переводят в хлоргидрат [34].
Предлагалось также хлорметилировать полистирол с последующей кватернизацией диметиламиноанионами [35]. Сообщалось о синтезе полимера, называемого Ionen, который содержит в основной макромолекулярной цепи четвертичный азот [36]. Была описана модификация целлюлозы введением в нее этиленимина [37]. Публиковались и многие другие предложения, однако во всех случаях гепарин извлекался слишком быстро- зафиксировать и удержать его на достаточно длительное время не удавалось. Схематически типичные методы ионного связывания гепарина можно представить следующим образом:
Рис. 26. Схема получения гепаринсодержащего гидрогеля. R: Сополимер винилхлорида с этиленом и винилацетатом SD: Сополимер
Японские исследователи [20, 21, 73] провели большую работу с целью преодоления указанных недостатков. Используя в качестве отправного момента исключительно высокую биологическую совместимость гидрогелей, они синтезировали гидрофильный материал с химически связанным гепарином. Принципиальная схема получения гепаринсодержащего гидрогеля приведена на рис. 26.
Весь процесс состоит из следующих стадий. Сначала синтезируют гидрогель путем привитой сополимеризации к гидрофобному эластомеру (этилен-винилацетат-винилхлоридный терсополимер) гидрофильного полиэтиленгликольметакрилата и четвертичной соли дитиламиноэтилметакрилата, а затем проводят взаимодействие с гепарином. Авторы, предложившие этот способ, установили, что вполне достижима абсорбция достаточно большого количества гепарина во внутренних частях гидрогеля. Следовательно, регулируя содержание воды в гидрогеле, можно поддерживать постоянную неизменную скорость выделения минимальных количеств гепарина (вплоть до микроколичеств) с поверхности гидрогеля в течение длительного времени.
Таким образом, путем подбора соответствующей скорости истечения гепарина была получена возможность поддерживать заданную антитромбогенность материала на протяжении длительного периода времени без какого бы то ни было травмирования крови и ущерба для ее коагуляционной способности. Катетеры, выполненные из материала, синтезированного описанным способом, были помещены (в клинических условиях) в нижнюю полую вену, и, несмотря на то что объем гепарина, включенного в материал катетера, измерялся микроколичествами, тромбообразования не наблюдалось, во всяком случае, в практически ощутимых масштабах. На современном теоретическом уровне механизм процесса еще во многом неясен [22,74, 75].
Способ фиксации сопряженными двойными связями. По современным воззрениям, антикоагуляционное действие гепарина определяется присутствием групп SO-3 и потому осуществлено множество экспериментов с целью зафиксировать гепарин на поверхности полимерного материала при помощи сопряженных связей, используя ОН-группы. Ниже приведено несколько практических примеров таких реакций- индексом Н (в квадратной рамке) в структурных формулах представлен гепарин.
Пример 1. Сочетание полистирола с изоцианатом [23]:
Пример 2, Взаимодействие полимера, содержащего цианогруппы, с аддуктом хлорцианурата гепарина [24]:
Пример 3, Сополимеризация изоцианатсиланового производного гепарина с силиконом [25]:
Пример 4. Сочетание гидроксилсодержащего полимера с карбодиимидом [26]:
Пример 5. Глутальальдосочетание с гидроксилсодержащим полимером [27]:
Испытания полимеров, полученных по этим схемам, показали, что, по-видимому, не удается получить материалы, обладающие столь же высокой антитромбогенностью, что и полимеры с ионной фиксацией гепарина. Основными причинами этого можно считать следующие факторы:
- ввиду нерастворимости гепарина в большинстве органических растворителей условия реакций жестко лимитированы;
- все реакции весьма сложны из-за поливалентности гидроксильных групп гепарина;
Видео: Перечень товаров не подлежащих обмену
- объем связанного гепарина очень невелик;
- конформационные изменения связанного гепарина значительно облегчают его дезактивацию.
Кроме описанных работ, известны исследования, направленные на то, чтобы одновременно реализовать оба способа фиксации гепарина — с использованием ионных и сопряженных связей — в едином комплексном методе. Последний сводится к следующим операциям. Используя тридодецилметиламмоний-хлорид или аналогичный агент, фиксируют гепарин на поверхности полимера за счет ионных связей, а затем связывают гепариновые единицы глутаровым альдегидом, резко затрудняя тем самым растворение и выделение гепарина [28].
Исследования в области гепаринсодержащих материалов осуществляются в исключительно широких масштабах, и разработанные способы поверхностной обработки полимеров принесли положительные результаты. Следует все же признать, что на современном уровне еще очень далеко до абсолютной антитромбогенности материала, тем более до длительного ее поддержания. Считается, что в естественном состоянии гепарин в микроколичествах содержится в крови в качестве продукта метаболизма и принимает активное участие в сохранении динамического баланса ускорения-замедления коагуляции крови. Отправной момент всех исследований состоит в том, что контакт крови с инородным телом вызывает тромбообразование, и дальнейшие изыскания должны дать ответы на множество вопросов в этой области. Неизвестно, например, предотвращается ли образование тромба одним статистическим присутствием гепарина на поверхности инородного тела или необходимо восполнять количество гепарина, чтобы компенсировать его расход на предотвращение тромбоза. Требуют объяснения и проблемы, не имеющие непосредственного отношения к фиксации гепарина и предотвращению коагуляции крови, например, процессы образования гидрогелей и возникновения электростатических зарядов, механизм смывающего действия и многие другие вопросы.
