Российские ученые создали нанопокрытие, которое защищает сердце от тромбов

Сердечная недостаточность — состояние, когда сердце не может обеспечить достаточный приток крови к органам и тканям. Это может привести к ухудшению качества жизни и даже смерти. Одним из способов лечения этого заболевания является пересадка сердца от донора. Но такая операция не всегда возможна из-за нехватки донорских органов и высокого риска отторжения.


В таких случаях на помощь приходят системы вспомогательного кровообращения (СВК). Это устройства, которые подключаются к сердцу и помогают ему перекачивать кровь. Они могут быть временными или постоянными, в зависимости от того, насколько тяжело повреждено сердце.

В России разработана и успешно применена своя система вспомогательного кровообращения — «Спутник». Это имплантируемый проточный насос, который заменяет функцию левого желудочка сердца — самой мощной его части. «Спутник» состоит из двух основных элементов: ротора с магнитным подвесом и электронного блока управления. Ротор вращается с частотой до 10 тысяч оборотов в минуту и создает поток крови, который подается в аорту — главную артерию организма. Блок управления регулирует скорость вращения ротора в зависимости от потребностей пациента.

«Спутник» имеет ряд преимуществ перед другими системами вспомогательного кровообращения. Он небольшой по размеру и легкий — всего 160 граммов. Прибор может работать до 10 лет без сбоев. Благодаря магнитному подвесу ротор не контактирует с корпусом насоса, а значит, не вызывает трения и износа.

Однако у «Спутника» есть и слабое место — его поверхность. Когда насос имплантируется в организм, он сталкивается с кровью пациента. А у большинства пациентов с сердечной недостаточностью есть нарушения свертываемости крови. Это может привести к образованию тромбов — сгустков крови, которые закупоривают сосуды и мешают нормальному кровообращению.

Чтобы предотвратить эту опасность, пациентам приходится принимать антикоагулянты — лекарства, которые разжижают кровь. Но эти лекарства имеют побочные эффекты: они могут вызывать кровотечения, аллергии и нарушения печени.

Поэтому московские ученые решили создать специальное покрытие для поверхности насоса, которое бы снижало риск тромбообразования. Они предложили использовать комбинацию из коллагена — белка, который входит в состав соединительной ткани и обеспечивает ее прочность и эластичность — и углеродных наночастиц.

Коллаген — самый распространенный белок у млекопитающих, составляющий от 25% до 45% белков во всем теле. Он образует волокна, которые поддерживают форму и структуру тканей. Углеродные наночастицы — это крошечные частицы углерода размером от 1 до 1000 нанометров. Они имеют различные формы и свойства, в зависимости от способа их получения. Некоторые из них обладают антибактериальным, антиоксидантным и антивоспалительным действием.

Ученые смешали коллаген и углеродные наночастицы в определенных пропорциях и нанесли эту смесь на титановую поверхность насоса. Затем они проверили, как это покрытие влияет на свойства крови. Для этого исследователи разработали специальное микрофлюидное устройство, которое имитирует работу насоса в организме человека. Это устройство состоит из чипа с каналами (по ним течет модельная кровь), и электродов, которые измеряют ее параметры. Такое устройство позволяет проводить эксперименты с небольшим объемом крови — не более 100 миллилитров.

Ученые обнаружили, что покрытие из коллагена и углеродных наночастиц существенно снижает активность тромбоцитов — клеток крови, ответственных за свертывание. Кроме того, оно увеличивает количество оксида азота — вещества, которое расширяет сосуды и предотвращает склеивание тромбоцитов. Таким образом, покрытие обеспечивает антитромбогенный эффект — то есть предупреждает образование тромбов.

Кроме того, выяснилось, что покрытие достаточно прочное и стабильное. Оно выдерживает интенсивный поток крови и не отслаивается от поверхности насоса. Также оно не влияет на работу электронного блока управления насосом.

Работа ученых была поддержана программой Минобрнауки России «Приоритет 2030». Эта программа направлена на развитие фундаментальной и прикладной науки в России, а также на повышение конкурентоспособности российских научных организаций и инновационных компаний.