В Центре радиационных технологий Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирского государственного исследовательского университета (НГУ) специалисты ФГБУ «ННИИТО им. Я. Л. Цивьяна» Минздрава России (ННИИТО) и Института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН (ИОС УрО РАН) провели эксперимент по обработке ионизирующим излучением биорезорбируемых образцов полимерных гелей, которые в дальнейшем предполагается применять для доставки медицинских препаратов в живые организмы.

Образцы совместно разрабатываются специалистами ННИИТО и ИОС УрО РАН. Ученые должны были установить, как ионизирующее излучение влияет на физико-химические свойства перспективных материалов (AIP Conference Proceedings 2063, 030017 (2019)).

Эксперимент в Центре радиационных технологий ИЯФ СО РАН и НГУ – лишь часть исследования, одной из задач которого является выбор оптимального метода стерилизации медицинских гелей среди нескольких доступных (автоклавирование, стерилизация парами пероксида водорода, обработка на ускорителе электронов).

Биорезорбируемые набухаемые полимерные гели – это изделия, предназначенные для транспортировки различных полезных препаратов (или агентов) в живые системы, в том числе – в организм животных и человека. Они имеют целый ряд полезных качеств. По своей химической природе они биодеградируемые, то есть способны с течением времени полностью раствориться внутри организма. Кроме того, они емкие, как губка и способны вобрать в себя по объему в несколько раз больше, чем исходно сам образец.

Вместе с тем, сначала необходимо отработать вопросы их стерилизации, поскольку это обязательное условие их использования на практике в живых организмах. При этом важно учитывать, что в ходе стерилизации биоразлагаемых материалов-носителей надо добиваться уничтожения возможных включений в виде микроорганизмов (которые могут попасть в гель на этапе его производства) по всей толще полимерного материала такого геля. Дело в том, что, если стерильной будет только его поверхность, потенциально опасные для здоровья человека или животных микроорганизмы могут оказаться в толще геля. В дальнейшем в ходе естественной деградации геля в организме возникнет очаг инфекции за счет того, что высвободившиеся из толщи материала микроорганизмы могут инфицировать окружающие ткани.

«Мы сравнили способности двенадцати гелей на основе производных хитозана (карбоксиалкилхитозанов с различными сшивающими агентами либо без таковых) – к набуханию после использования трех различных методов стерилизации (автоклавирование при давлении 2,0 атм и температуре 130 °С, низкотемпературной стерилизации парами пероксида водорода, радиационная стерилизация)», – прокомментировал старший научный сотрудник ННИИТО, кандидат медицинских наук Александр Самохин.

Он отметил, что основным свойством выбранных гелей является способность транспортировать в себе другие препараты (например, лекарственные) – для этого они должны хорошо впитывать. У каждого использованного в эксперименте полимера существует своя исходная степень набухания, напрямую характеризующая способность впитывать в себя жидкости. При стерилизации полимеры могут менять свои физико-химические свойства, в частности, может улучшаться или ухудшаться транспортная функция, связанная с набуханием, либо же вовсе может произойти разрушение полимерного материала, в связи с чем необходим подбор видов и режимов их стерилизации для сохранения заданных свойств этих материалов с одновременным достижением их надежной стерилизации.

В ходе эксперимента в Центре радиационных технологий ИЯФ СО РАН и НГУ был проверен широкий диапазон лучевых дозированных воздействий. В ускорителе ИЛУ-10, разработанном специалистами ИЯФ СО РАН, электроны ускоряются до высоких энергий (5 МэВ). В объеме продукта возникает ионизация, которая приводит к гибели микроорганизмов. Целью данной работы был поиск оптимальных доз, при которых гарантируется необходимый уровень стерильности образцов, но при этом уровень деградации полезных свойств остается приемлемым для применения.

«С увеличением дозы облучения, – пояснил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат технических наук Вадим Ткаченко, – эффективность антимикробного действия возрастает. Поэтому ионизирующее излучение в больших дозах (>10 кГр) широко используется для стерилизации биопрепаратов, медицинских инструментов и изделий (одноразовых шприцов, эндопротезов, перевязочных материалов и т.д.). Перед нами стояла задача проверить, как образцы биорезорбируемых полимеров меняют свои физико-химические свойства при воздействии ионизирующего излучения. Стерилизационные дозы лежат в диапазоне от 15 кГр до 50 кГр. Мы вначале использовали дозу от 5 до 25 кГр для изучения поведения материалов в зависимости от поглощенной дозы, энергия ускорителя при этом составила 5 МэВ. В дальнейшем мы перешли на дозу 25 кГр, как необходимую для достижения «медицинского» уровня стерильности. При этом на процесс стерилизации уходит несколько минут».

Оказалось, что в зависимости от изменений поглощённой дозы образцом, меняется его степень набухания и, соответственно, транспортные возможности.

Это поисковый эксперимент, пояснил старший научный сотрудник ИОС УрО РАН, кандидат химических наук Александр Пестов, то есть дает самые предварительные данные. «Мы специально набрали большую серию образцов гелей, чтобы исключить те, с которыми дальнейшая работа бессмысленна. В результате лишь несколько образцов выдержали испытания при максимальной поглощенной дозе – остальные были забракованы, и это нормально при большой группе. Отобранные же образцы хорошо перенесли обработку – без сильной потери свойств, но при этом частично (хотя и некритично) утратили способность впитывать. Дело в том, что мы использовали максимальную дозу – 25 кГр, это достаточно агрессивное воздействие на полимеры, мы и изначально ожидали, что не все образцы хорошо его перенесут», – подчеркнул ученый.

В дальнейшем будут проведены эксперименты по проверке цитотоксичности гелей, отобранных по результатам переносимости ими стерилизации, то есть определение их способности повреждать клетки живых тканей. Первоначально цитотоксичность устанавливается в тестах in vitro на определенных клетках, после чего (в случае достижения предполагаемого результата in vitro) планируются эксперименты на модельных животных, необходимые как для проверки цитотоксичности in vivo, так и для проверки заданных характеристик самих гелей-носителей в условиях живой системы. Если вся серия экспериментов покажет, что образцы выдерживают испытания, то можно будет говорить о возможности регистрации изделия медицинского назначения.

Одним из проектов Программы развития Новосибирского научного центра Академгородок 2.0 является новый Центр радиационных технологий. Планируется, что здесь будут проводиться исследования процессов взаимодействия интенсивных электронных пучков и тормозного излучения в режиме ЦКП для российских и зарубежных разработчиков радиационных технологий, а также разрабатываться новые модели ускорителей для промышленности.

Источники

Прототипы гелей, предназначенных для применения в медицине, стерилизовали в ИЯФ СО РАН
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН (inp.nsk.su), 13/11/2019
В ИЯФ СО РАН стерилизовали прототипы гелей для медицины
Наука в Сибири (sbras.info), 13/11/2019
Прототипы гелей, предназначенных для применения в медицине, стерилизовали в ИЯФ СО РАН
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 13/11/2019
Ученые протестировали перспективные медицинские гели на ускорителе в Новосибирске
Новосибирские новости (nscn.ru), 13/11/2019
Физики-ядерщики стерилизовали медицинские гели
Популярная механика (popmech.ru), 13/11/2019
Прототипы гелей для медицины стерилизовали в ИЯФ СО РАН
Навигатор (navigato.ru), 13/11/2019
Физики-ядерщики стерилизовали медицинские гели
Pcnews.ru, 13/11/2019
Физики-ядерщики стерилизовали медицинские гели
Новости@Rambler.ru, 13/11/2019
Физики-ядерщики стерилизовали медицинские гели
Google Новости ТОП, 13/11/2019
Физики-ядерщики стерилизовали медицинские гели
Новости России (news-life.ru), 13/11/2019
Ученые НИИТО и ИОС провели испытания медицинских гелей на ускорителе
RuNews24 (runews24.ru), 14/11/2019
Ученые НИИТО и ИОС провели испытания медицинских гелей на ускорителе
Seldon.News (news.myseldon.com), 14/11/2019
Новосибирские ученые-физики стерилизовали гели, предназначенных для медицины
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 14/11/2019
Пульс дня Новосибирска
Честное слово (chslovo.com), 14/11/2019
В ИЯФ СО РАН стерилизовали прототипы гелей для медицины
Российская академия наук (ras.ru), 15/11/2019

Похожие новости

  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    1411
  • 20/04/2021

    «Экран ФЭП»: экологичная конкуренция, сотрудничество с государством и симбиоз с наукой

    Новосибирск занимает уникальное место на карте мирового рынка электронно-оптических преобразователей (ЭОП), применяемых в приборах ночного видения. Здесь сосредоточены три из четырех российских (а это примерно половина всех мировых) предприятий, выпускающих эти устройства.
    264
  • 07/03/2016

    В ИЯФ СО РАН разработали ключевые компоненты нового коллайдера

    ​ ​В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН созданы вакуумные камеры, корректирующие магниты, электроника регистрации и программное обеспечение для установки SuperKEKB, которая монтируется в японской Лаборатории физики высоких энергий (КЕК) в Цукубе.
    3732
  • 11/02/2021

    И женское дело тоже: три истории новосибирских женщин-учёных

    ​​Возможность получать такое же образование, какое получают мужчины, у женщин появилась относительно недавно. В России, например, всего 103 года назад — после революции. Тем не менее женщины наукой всегда не просто интересовались, а двигали прогресс вперёд и совершали настоящие открытия.
    566
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    1725
  • 15/07/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии двух новых возбужденных состояний прелестного бариона, которые, возможно, являются новой частицей Λb (1D) (лямбда-б барион (1D)) или Σb (сигма-б барион).
    1155
  • 22/04/2021

    «Машина времени»: модернизированная установка позволит заглянуть в прошлое на миллионы лет

    Ускорительная масс-спектрометрия (УМС) – сверхчувствительный метод изотопного анализа, при котором производится тщательная селекция атомов вещества с подсчётом интересующих нас изотопов. Метод позволяет с высокой точностью датировать археологические находки и геологические породы, изучать состав атмосферы и ткани живых организмов разных исторических периодов.
    491
  • 11/11/2015

    Новосибирские ученые сделают ловушку с секретом для темной материи

    ​Новосибирские физики нашли способ усовершенствовать детектор по поиску темной материи, для этого в установку добавили азот, сообщает пресс-служба НГУ. Звезды, планеты, воздух, камни, животные, микроорганизмы - все это обычная материя, которая состоит из протонов, электронов и нейтронов.
    2873
  • 04/05/2021

    Академик Павел Логачев: СКИФ дает возможность очень точно исследовать атомную структуру вещества любых молекул

    Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера спустя десятилетия работы на переднем крае науки продолжает разрабатывать источники синхротронного излучения, коллайдеры и другие установки не только для российской науки, но и в рамках международных проектов.
    514
  • 29/03/2021

    Российская наука, американский бизнес, китайская клиника

    Нейтронный источник для бор-нейтронозахватной терапии рака разработали ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера Сибирского отделения РАН в сотрудничестве с американской компанией TAE Life Sciences.
    196