Лечебные высокомолекулярные соединения¶

Лечебные высокомолекулярные соединения (лечебные ВМС) — класс синтетических и природных полимеров, применяемых в медицине для диагностики, профилактики и терапии заболеваний. К ним относят водорастворимые полимеры, полимерные носители лекарственных веществ, плазмозамещающие растворы, сорбенты, полимерные мембраны и материалы для имплантатов. В основе действия лежит способность макромолекул связывать низкомолекулярные биологически активные вещества, изменять их фармакокинетику, а также регулировать свойства биологических жидкостей и тканей.

¶Общая характеристика

Высокомолекулярные соединения (полимеры) — вещества с молекулярной массой от нескольких тысяч до миллионов дальтон, состоящие из повторяющихся мономерных звеньев. В медицине используются как полимеры природного происхождения (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты), так и синтетические (поливинилпирролидон, полиэтиленгликоль, поливиниловый спирт, полиакриламид, полимолочная и полигликолевая кислоты).

Ключевые требования к лечебным ВМС:

• биосовместимость — отсутствие токсичности, канцерогенности, аллергенности;
• контролируемая молекулярная масса и узкое молекулярно-массовое распределение;
• способность к биодеградации или полному выведению из организма;
• стерилизуемость без потери свойств.

¶История

Применение полимеров в медицине началось с использования природных соединений: желатина, крахмала, аравийской камеди. В 1940-х годах в клиническую практику вошли декстраны как плазмозамещающие растворы. В 1950-х годах немецкий химик Герман Штаудингер и его последователи заложили основы химии полимеров, что позволило целенаправленно синтезировать медицинские материалы.

Существенный импульс дало создание в 1950–1960-х годах поливинилпирролидона (ПВП) — водорастворимого полимера, применяемого как дезинтоксикант и носитель лекарств. В 1970-х годах развивается концепция «полимерных лекарств»: ковалентное присоединение препарата к макромолекуле-носителю. В 1990-х годах появились первые одобренные полимер-белковые конъюгаты (пэгилированные препараты). С конца XX века развивается направление полимерных наночастиц и мицелл для адресной доставки.

¶Классификация

¶Основные направления применения

¶Плазмозамещающие растворы

Декстраны, желатиноль, поливинилпирролидон восполняют объём циркулирующей крови, поддерживают осмотическое давление и улучшают реологические свойства крови. Декстран с молекулярной массой около 40 000 дальтон применяется для улучшения микроциркуляции, более высокомолекулярные фракции — как противошоковые средства.

¶Детоксикация

Водорастворимые полимеры (ПВП, поливиниловый спирт) связывают токсины в кровеносном русле и выводятся почками. Полимерные сорбенты используются в гемосорбции и энтеросорбции для удаления ксенобиотиков, метаболитов и медиаторов воспаления.

¶Доставка лекарственных веществ

Полимерные носители изменяют распределение препарата в организме, продлевают его действие и снижают токсичность. Различают:

• конъюгаты «полимер — лекарство» (ковалентная связь);
• полимерные мицеллы и наночастицы (физическое включение);
• гидрогели с иммобилизованным препаратом.

Пэгилирование — присоединение полиэтиленгликоля — увеличивает время циркуляции белковых препаратов и снижает иммуногенность.

¶Материалы для имплантатов и шовного материала

Полимеры применяются для изготовления сосудистых протезов, искусственных клапанов, суставных эндопротезов, шовных нитей (капрон, лавсан), рассасывающихся материалов (полилактид, полигликолевая кислота). Биодеградируемые полимеры постепенно замещаются тканями организма.

¶Искусственные органы и мембраны

Полимерные мембраны лежат в основе аппаратов «искусственная почка» и «искусственное лёгкое» (оксигенаторов). Полые волокна из полисульфона и целлюлозы обеспечивают селективный перенос веществ при гемодиализе.

¶Механизмы действия

Действие лечебных ВМС определяется несколькими факторами:

• Молекулярная масса — определяет время циркуляции и путь выведения: низкомолекулярные фракции выводятся почками, высокомолекулярные — захватываются ретикулоэндотелиальной системой.
• Заряд макромолекулы — поликатионы взаимодействуют с клеточными мембранами, полианионы — с белками плазмы.
• Гидрофильность — влияет на совместимость с кровью и тканями.
• Структура — линейные, разветвлённые и сшитые полимеры обладают разными свойствами.

¶Критика и ограничения

К ограничениям относят возможную иммуногенность, накопление небиодеградируемых полимеров в тканях, трудность стандартизации молекулярно-массовых характеристик и риск эмболизации при введении высокомолекулярных фракций. Отдельные полимеры способны вызывать аллергические реакции. Контроль качества лечебных ВМС требует строгого нормирования примесей мономеров и остатков катализаторов.

¶Современное состояние

Развитие направлено на создание «умных» полимеров, реагирующих на изменения pH, температуры или концентрации метаболитов, а также на разработку таргетных систем доставки с распознаванием рецепторов на поверхности клеток. Активно исследуются полимерные вакцины и полимерные системы для генной терапии.