Химики из МГУ вместе с коллегами из НМИЦ ССХ им. Бакулева разработали и получили патент на биопротез сердечного клапана, поверхность которого покрыта наноалмазами. Протез из синтезированного материала может работать в организме до 20 лет без замены.

Сегодня в мировой кардиохирургии чаще всего используются протезы клапанов сердца на основе бычьего перикарда. Чтобы уменьшить силу реакции отторжения трансплантата и увеличить механическую прочность ткани, ученые стабилизируют протезы глутаровым альдегидом. Однако у этой техники есть побочный эффект: свободные альдегидные группы, которые не связались с белковой структурой матрицы, оказываются центрами развития кальциноза — отложения солей кальция в тканях. В результате такой протез отказывает через некоторое время, и человеку требуется новая операция по пересадке.

Ученые уже давно работают над созданием протезов, срок службы которых был бы порядка нескольких десятков лет. Для предотвращения кальциноза тканей поверхность матрицы трансплантата нужно дополнительно модифицировать. Один из способов, который позволяет это сделать, заключается в обработке бычьего перикарда хитозаном из воды, насыщенной углекислым газом при высоком давлении. Хитозан позволяет повысить эффективность, сроки функционирования в организме и эластичность биологического протеза, однако такой материал имеет низкую прочность.

Решить эту проблему, совместив прочность и долговечность протеза, удалось российским исследователям. Они запатентовали биологический протез на основе бычьего перикарда с нанесенной на поверхность суспензией наноалмазов. «Сначала биоткань изготовили специалисты НМИЦ ССХ им. Бакулева, — рассказал один из исследователей, заведующий кафедрой радиохимии и декан химического факультета МГУ, член-корреспондент РАН Степан Калмыков. — Затем мы наносили на ее поверхность "алмазное покрытие" и измеряли параметры материала — толщину пленки, равномерность нанесения суспензии и так далее. После чего проводились испытания на прочность».

Наноалмазы — это наночастицы, идентичные обычному алмазу. Они имеют ту же кристаллическую решетку, но их размеры находятся в районе нескольких десятков нанометров. Этот материал был создан в России еще в 1960-х годах, но практического применения ему долго не находили. Лишь позже, начиная с 1990-х, ученые во многих странах мира стали исследовать биологические свойства наноалмазов. Они выяснили, что небольшие углеродные частицы могут быть средством адресной доставки лекарств.

Химики из МГУ использовали эти наночастицы в своих целях. Они создали из наноалмазного порошка водную суспензию, в которую погружали бычий перикард. На поверхности биоткани трансплантата наноалмазы образовывали пленку, которая придавала материалу дополнительную прочность, но при этом сохраняла его упругость и S-образную форму кривой напряжение — деформация. Это показывает, что материал имеет достаточно хорошие прочностные характеристики. Покрытый наноалмазами биоматериал не теряет своих механических свойств — его модуль Юнга составил около 30 МПа, как и для исходного материала, при этом прочность на разрыв увеличивается до 9–10 МПа по сравнению с 6 Мпа для исходного материала.