Химия/Живое

текст Сергей Иванчев доктор химических наук, член-корреспондент РАН; Олег Примаченко, кандидат химических наук

схемы Мила Силенина

маргиналии Анна Кольцова

Полимерные гидрогели для мягких контактных линз, разработанные в Санкт-Петербургском филиале Института катализа СО РАН, обладают эффектом памяти в отношении лекарственных препаратов и позволяют делать мягкие глазные линзы с заданным лечебным эффектом.

Капли в глаз закапывал каждый — процедура неприятная. Но помимо субъективного неудобства, закапывание (инстилляция) имеет существенный объективный недостаток: концентрация лечебного препарата на роговице глаза максимальна несколько мгновений (иногда даже чувствуется жжение, а глаз краснеет), а потом быстро снижается, потому что препарат вымывается невольными слезами.

После появления контактных линз из мягких полимерных гидрогелей стал очевиден способ, как избежать недостатков инстилляции. Лекарство могло бы вымываться из линзы в глаз постоянно и равномерно. Но просто это выглядит только на словах, на практике создать дозирующий полимерный гидрогель — сложная химическая задача.

Потребовалось четыре года, чтобы совместно с Клиникой офтальмологии (профессор Э.?В. Бойко) и Научно-исследовательской лабораторией микрохирургии глаза и контактной коррекции зрения (профессора В.?Н. Павлюченко и В.?Ф. Даниличев) Военно-медицинской академии им. С.?М. Кирова придумать и испытать мягкие контактные линзы с жестко заданными лечебными свойствами.

Как синтезируют "умные" гидрогели

Акцент был сделан на разработку лечебных мягких контактных линз (ЛМКЛ) на основе "умных" полимерных гидрогелей с эффектом памяти. Эффект памяти возникает при матричном синтезе гидрогеля в водной среде в присутствии лекарственного вещества, используемого в качестве шаблона, — оно отмывается по завершении синтеза. После отмывки лекарства-шаблона ЛКМЛ снова насыщается лекарством — уже действующим.

При правильно выбранных условиях синтеза у гидрогеля возникает нанопористая структура — она не просто помнит то лекарство, вместе с которым шла сополимеризация геля, но помнит его настолько хорошо, что сорбирует его в 2-3 раза больше.

Максимальная сорбционная емкость геля линзы очень важна, потому что сама линза маленькая, с небольшой массой, а поддерживать терапевтическую (лечебную) концентрацию лекарства во влаге перед роговицей глаза надо максимально долго.

Изменяя структуру и химический состав пористого гидрогеля, можно улучшить совместимость гидрогеля и лекарства, повысить сорбцию лекарства в ЛМКЛ и продлить время его выделения из линзы в нужной концентрации.

Чем насыщают лечебные линзы

Для офтальмологов преимущества ЛМКЛ очевидны. Зона поступления лекарства локализована в области роговицы глаза, через которую препарат преимущественно поступает во внутренние структуры глаза. Практически отсутствуют потери лекарства при его десорбции из ЛМКЛ внутрь глаза. Исключается опасность воздействия высоких концентраций препаратов, чего часто невозможно избежать при инстилляции лекарств.

Получены гидрогели с эффектом памяти с содержанием антибиотиков класса цефалоспоринов II?-?IV поколения (цефазолин, цефотаксим, цефепим) и фторхинолонов II?-?IV поколения (оксифлоксацин и гатифлоксацин) и комбинацией лекарственных препаратов: антибиотик — противовоспалительный препарат (диклофенак). Разработана и технология получения ЛМКЛ на основе сополимеров 2-гидроксиэтилметакрилата методом полимеризационного формования в специально разработанных формах [рис. ].

Комбинация лекарственных препаратов (антибиотик + диклофенак) при насыщении ЛМКЛ позволяет варьировать скорость выделения препаратов из ЛМКЛ за счет химического состава и особой структуры "умного" гидрогеля, и можно направленно регулировать поступление конкретного лекарственного компонента (антибиотика или противовоспалительного вещества) из ЛМКЛ в зону поражения.

Проще, безопаснее, эффективнее, дешевле

Все эти разработки защищены патентами и уже внедрены в практику Клиники глазных болезней Военно-медицинской академии, 442-го Окружного военного клинического госпиталя, Областной клинической больницы, Железнодорожной клинической больницы, Больницы объединения "Адмиралтейские верфи" в Санкт-Петербурге.

Клинические испытания свидетельствуют о простоте применения и безопасности "умных" ЛМКЛ.

Что же касается их эффективности, то, по сравнению с другими способами введения лекарств, в частности инстилляцией, более чем в 10 раз увеличивается биодоступность лекарства (количество препарата, доходящее до места его действия). Появляется возможность пролонгированного выделения требуемой концентрации лекарств внутрь глаза. Снижается риск инфекционных осложнений при повреждениях глаз и оперативных вмешательствах.

Стоимость лечения тоже, кстати, снижается — на 15-25% за счет экономии лекарств и рабочего времени медицинского персонала. Сокращается время пребывания больного в стационаре — в среднем на одни сутки. Появляется возможность перейти к амбулаторной хирургии некоторых глазных болезней.

Это только начало. Учитывая разнообразие лекарственных препаратов, новые ЛМКЛ на основе "умных" гидрогелей могут быть положены в основу клинического и оперативного лечения инфекционных заболеваний глаз. Они сократят длительность лечения при травмах глаз различного происхождения (ранения, химические и термические ожоги). Будут полезны для профилактики глазных болезней и косметологических целей. Разработка материалов для таких линз — наглядный пример симбиоза достижений материаловедения, химической, фармакологической и медицинской промышленности.

Павлюченко В.Н., Иванчев С.С. Композиционные полимерные гидрогели (обзор). // Высокомолекулярные соединения, Серия А. 2009. Т.?51. N7. С.1075-1095

Примаченко О.Н., Мариненко Е.А., Иванчев С.С. Полимерные гидрогели для иммобилизации лекарственных веществ, обладающие эффектом памяти. // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2014. Т.56. N6. С.?552-560

Материал линз
Мягкие контактные линзы (МКЛ) изготавливают из гидрофильных полимеров, которые легко поглощают воду. Гидрогели представляют собой поперечно сшитые полимеры. В исходном состоянии, до гидратации, они похожи на жесткие полимеры — негибкие, ломкие и жесткие. При насыщении водой полимер становится мягким и гибким.

Гидрогель пронизан многочисленными порами, размеры и число которых у разных материалов отличаются друг от друга. Их размеры (0,5-3,5 мкм) слишком малы для микроорганизмов, но многие растворимые в воде препараты могут с легкостью диффундировать как в гидрогель, так и в обратном направлении.

Оптика линз
В отличие от очков, у контактных линз нет зазора между линзой и глазом. Это так называемое вертексное расстояние составляет для очков в среднем 12?мм. Отсюда существенные оптические последствия для близоруких людей.

Во-первых, при разной близорукости глаз у контактных линз меньше разница в размере изображений на сетчатке двух глаз. Во-вторых, для достижения одной и той же степени оптической коррекции достаточно меньшей оптической силы линзы — по сравнению с очками. В-третьих, поле зрения не заслоняется оправой очков.

Физиология линз
Прозрачная оболочка глаза — роговица потребляет кислород из атмосферного воздуха, а не из крови. Контактные линзы ограничивают доступ кислорода к роговице и затрудняют удаление продуктов обмена веществ. У мягких и жестких контактных линз компенсация этого явления проходит по-разному.

При ношении традиционных жестких линз, которые меньше по размерам и имеют большую подвижность на глазном яблоке, газообмен роговицы идет с помощью слезной жидкости с растворенным в ней кислородом.

Мягкие линзы пропускают воздух. Собственно революция в мире контактных линз произошла, когда стало возможным изготовление тонких линз с большой кислородопроницаемостью. Сегодня мягкие контактные линзы носят около 90% пользователей контактными линзами в мире.