Химия твердого тела - медицине

Доктор химических наук Михаил Георгиевич Зуев	Доктор химических наук Сергей Павлович Яценко

Академическую науку в последнее время слишком часто упрекают в том, что она «далека от жизни». Между тем всем хорошо известно, что внедрение любой, даже самой перспективной научной разработки требует огромных вложений, и ученым взять их негде. Наверное, в любом академическом институте есть ноу-хау, лежащие мертвым грузом исключительно из-за отсутствия средств для продвижения их на рынок.
Сотрудники Института химии твердого тела УрО РАН многие годы трудятся на благо отечественного здравоохранения. Здесь сформировалось новое научное направление: химия твердого тела — медицине. В последние два года работа идет в рамках программы РАН. Уральские химики занимаются синтезом новых рентгеноконтрастных средств и создают материалы для костной пластики, т.е. разрабатывают те самые прорывные технологии, которых так ждет от ученых правительство.


 

Новое поколение рентгеноконтрастных средств

Рентгеноконтрастные средства необходимы для большинства рентгеновских исследований. Без них можно получить разве что изображение скелета, ведь только кости задерживают рентгеновские лучи. Чтобы просветить полостные органы (желудочно-кишечный тракт, желче- и мочевыводящие пути, почки, маточные трубы), нужны составы, которые поглощают большой процент рентгеновского излучения, оседая на поверхности тканей. Таким образом усиливается контрастность и на снимке получается изображение ткани или полости тела пациента. При этом важно, чтобы доза облучения была минимальной.

Сегодня в рентгенодиагностике чаще всего используются средства на основе йод- и барийсодержащих рентгеноконтрастных веществ (РКВ). И хотя они постоянно совершенствуются, у них много недостатков. Вещества, содержащие йод, оказывают токсическое действие на кровь, почки, печень и особенно щитовидную железу, вызывают аллергические реакции. Йодизированные РКВ раздражают слизистую, при бронхографии легко проникают в альвеолы, долго задерживаются в легких, вызывая воспалительные изменения. Масляная суспензия РКВ, содержащая, например, сульфат бария, приводит к возникновению липогранулем, масляных пневмоний, склеротическому изменению легочной ткани и выводится из легких в течение примерно года.

Йод- и барийсодержащие РКВ не удовлетворяют современным требованиям еще и потому, что они не перспективны для компьютерной томографии, когда одновременно под разными углами вокруг тела пациента получают тысячи рентгеновских снимков, которые затем обрабатываются на компьютере. Для этой методики используется рентгеновское излучение более высокой мощности, чем для обычной рентгенографии, и здесь нужны контрастные агенты, поглощающие рентгеновское излучение гораздо интенсивнее, чем барий или йод.
Вот почему химики в сотрудничестве с медиками ведут поиск новых перспективных веществ, на основе которых можно синтезировать более безопасные и эффективные РКВ. В Институте химии твердого тела УрО РАН такие исследования идут несколько лет. В результате здесь создано новое поколение рентгеноконтрастных средств на основе танталатов. Я беседую с руководителем группы разработчиков доктором химических наук профессором Михаилом Георгиевичем Зуевым.

— Чем хороши синтезированные вами рентгеноконтрастные вещества?                

— Наши вещества — это сложные оксиды тантала: ортотанталаты иттрия и лантана. Тантал, названный именем героя древнегреческой мифологии за муки, которые испытывали ученые, пытавшиеся в течение столетия выделить его в чистом виде, обладает замечательными свойствами. Он не вызывает отторжения у живых тканей, поэтому широко используется в хирургии, хорошо поглощает рентгеновское излучение, мало токсичен. Правда, порошок чистого тантала имеет ряд недостатков, поэтому мы использовали его оксиды.

С самого начала исследований физико-химических свойств танталатов мы тесно сотрудничали с медиками. Доклинические испытания новых рентгеноконтрастных веществ курировал зав. кафедрой фармакологии Уральской государственной медицинской академии доктор медицинских наук Л.П. Ларионов. Как показали эксперименты на животных, танталаты не обладают местнораздражающим, кожно-резорбтивным, сенсибилизирующим, мутагенным действием, не оказывают отрицательного действия на общее состояние и массу животных, функциональные показатели важнейших систем организма, периферической крови и биохимические показатели плазмы крови. Они не вызывают характерных для йодсодержащих РКВ побочных эффектов, аллергических реакций, быстро выводятся из организма. Способность поглощать рентгеновские лучи у них гораздо выше, чем у йод- и барийсодержащих РКВ, поэтому они могут использоваться в компьютерной томографии. Особенно перспективны гелеобразные танталаты: гель равномерно обволакивает стенки исследуемых органов и удерживается на них дольше, чем жидкость или порошок.

Танталовые РКВ универсальны, они могут применяться при исследовании самых различных органов: легких и трахеобронхиального дерева, лорорганов, пищеварительного тракта, желчевыводящих путей, поджелудочной железы, а также в гинекологии и стоматологии.

Танталаты легко синтезируются и обеспечены источниками сырья. Для их выпуска даже для нужд всей страны не надо строить завод. Их можно производить на базе институтской лаборатории, в тех самых высокотемпературных печах, где они были синтезированы. Правда, наши вещества несколько дороже, чем традиционные, например, сульфат бария, однако мы стараемся снизить их себестоимость.

— Разрешение на клинические испытания танталатов получено вами несколько лет назад. Но до сих пор они не начаты. Очевидно, из-за отсутствия финансирования?               

— Процесс внедрения медицинских препаратов занимает много времени во всем мире. Даже в США от момента синтеза перспективного вещества до использования его в клинике проходит 11 лет. Однако мы уже прошли все этапы, кроме последнего — испытания на пациентах. И конечно же, дело затормозилось из-за отсутствия средств. Клинические испытания должны проводиться в двух местных клиниках и одной столичной с участием нескольких десятков пациентов. Для этого необходима весьма круглая сумма, куда входит стоимость работ медперсонала и страховки для пациента в случае осложнений. Таких денег у нас нет, ищем спонсоров.

По словам М.Г. Зуева, интерес к танталатам проявляют не только российские медики. Новые РКВ могут быть востребованы в Индии, Китае, странах Латинской Америки.               

Приоритет уральских химиков в создании нового поколения РКВ подтвержден патентами на изобретение. Но ни им, ни пациентам от этого, что называется, не легче: в клиниках по-прежнему используются далеко не безопасные и не самые эффективные рентгеноконтрастные вещества.

Костная пластика
Не менее актуален для современной медицины поиск материалов, биологически совместимых с живым организмом. Ежегодно в мире производится несколько миллионов операций по вживлению костных имплантантов и несколько десятков миллионов операций по костно-восстановительной хирургии. Сегодня разработано много различных материалов, пригодных для реконструкции и замены костной ткани: керамика, стеклокерамика, полимеры, ряд металлов. Однако большинство из них относится к классам биоинертных или биотолерантных материалов. Они не отторгаются организмом, но и не дают стопроцентного приживления, отделяясь от естественной ткани слоем соединительной, фиброзной. Поэтому особый интерес представляют биоактивные материалы, которые могли бы естественным образом совмещаться с живыми тканями и полноценно участвовать в биохимических реакциях в организме. К числу таких биоактивных материалов относятся кальций-фосфорные соединения (трикальций-фосфат и гидроксиапатит), синтезированные в лаборатории химических соединений рассеянных элементов ИХТТ во главе с доктором химических наук профессором С.П. Яценко.

Трикальций-фосфат и гидроксиапатит практически идентичны по структуре и химическому составу природной костной ткани и обладают выраженным остеогенетическим поведением в биологических средах. Их можно успешно использовать в репаративной (восстановительной) остеопластике, особенно губчатых костей, мелких ненагруженных костей лице-челюстного отдела и зубов.

Биоактивные кальций-фосфорные соединения в гелеобразной форме могут также применяться для лечения поражений мягких тканей и слизистых оболочек благодаря их эпителизирующим, ранозаживляющим и антимикробным свойствам. Разработанные в ИХТТ композиции на основе гелеобразного гидроксиапатита с включением элементоорганики были испытаны в лабораториях и учебных клиниках УГМА. Одну из опытных композиций опробовали на кафедре стоматологии для лечения пародонта у группы пациентов. Превосходство этого препарата по сравнению с традиционными методиками позволяет запатентовать новое лекарственно-профилактическое средство по уходу за полостью рта.

Интересные результаты были получены и по противовоспалительному и противоожоговому действию композиций. Эксперименты на животных показали, что мазь на основе гидроксиапатита не только заметно снижает отечность и гиперемию на воспаленном участке, но и предотвращает развитие воспаления при профилактическом применении. При лечении ожогов с помощью новых композиций сокращаются сроки рубцевания примерно на три дня, при этом ожоговый рубец получается значительно тоньше и мягче, чем при традиционном лечении. Однако до широкого применения эффективных препаратов на основе гидроксиапатита, как и новых рентгеноконтрастных средств, очень далеко. По причинам, от ученых не зависящим.
 

Новое рентгеноконтрастное средство — ортотанталат лантана — в желудке лабораторной крысы;
 

Е. ПОНИЗОВКИНА