Структура и свойства перикардиальной ткани с хитозановым покрытием, наносимым из растворов в угольной кислоте, для биопротезов клапанов сердца

Чащин И. С.¹, Бакулева Н. П.¹, Бадун Г. А.², Чернышева М. Г.², Григорьев Т. Е.³, Крашенниников С. В.³, Анучина Н. М.¹

¹ФГБУ «НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева» Минздрава России; ²Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; ³Национальный исследовательский центр «Курчатовский Институт»;

Кальциноз и деградация биологической ткани – два ведущих фактора, отрицательно влияющих на долговечность биологических протезов клапанов сердца. Дополнительным негативным обстоятельством зачастую служит патогенная микрофлора, поражающая ткань биопротезов. Решением проблемы кальциноза может являться маскирование свободных альдегидных групп − центров его инициализации. В качестве эффективного маскирующего агента можно использовать хитозан − безопасный для организма биополимер, при нанесении которого происходит инактивация альдегидных групп за счёт их ковалентного связывания с аминогруппами хитозана. Сочетание нанесения хитозана и использование угольной кислоты как растворителя позволит с одной стороны маскировать большее количество альдегидных групп, за счёт импрегнации хитозана в пористую матрицу перикарда и одновременно девитализировать ткань за счет экстракции остаточных клеточных компонентов.

Цель работы − исследовать закономерности импрегнации хитозана при нанесении из растворов в угольной кислоте под давлением на перикардиальную ткань функциональные и структурные характеристики модифицированной ткани биопротезов.

Методы – “зеленая” технология импрегнации хитозана из растворов угольной кислоты при высоких давлениях, методы сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, исследование механико-прочностных характеристик, инфракрасная спектроскопия, метод радиоактивных изотопов.

Результаты − зависимость адсорбции хитозана от давления имеет колоколообразный вид с максимумом адсорбции 0,8 вес. % при 30-40 Мпа; структура ткани приобретает высокую пористость при 30 Мпа, которые сливаются в борозды при 50 МПа с переориентацией фибрилл коллагена. Прочность на растяжение (σts) матриц с волокнами ориентированными вдоль оси нагрузки увеличилась на 10-15% при 30 МПа, но уменьшилась на 10% при 50 МПа. Давление около 30 МПа является наиболее оптимальным по отношению к механико-прочностным свойствам и количеству нанесённого полимера, которое приводит к рекордным характеристикам ткани в плане подавления кальциноза, уменьшающегося на два порядка по сравнению с исходным значением.

Выводы − выявлены закономерности, связанные со структурным изменением перикардиальной ткани, импрегнированной хитозаном из растворов угольной кислоты, при вариации давления, с помощью микроскопии высокого разрешения; исследованы механико-прочностные, антимикробные, биосовместимые свойства и способность к подавлению кальциноза модифицированной в растворах угольной кислоты перикардиальной ткани биопротезов.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (номера грантов 16-33-60006, 17-03-00362 и 18-33-20147)