N+1 // Беседовал Владимир Королёв

Наносито для крови

20 ноября 2016
На наши вопросы о конкурсе «ВИК. Нано 2016» и о своем проекте по очистке крови с помощью композитных сит из керамики и цеолитов ответил аспирант Томского государственного университета, один из трех финалистов, получивших главный приз конкурса, Александр Бузимов.

— Ваш проект посвящен очистке крови при диализе. Что это за процедура и когда она применяется?
— Когда почки теряют способность образовывать мочу и выводить из организма креатинин [продукт метаболизма в мышцах — прим. N+1], на помощь приходит диализ. Это метод очистки крови, который, как и почки, позволяет отфильтровать продукты метаболизма и оставить их вне тела человека.

Выделяют два вида диализа: гемодиализ и перитонеальный диализ. Гемодиализ — это фильтрация, использующая кровеносные сосуды человека и искусственную почку. При перитонеальном диализе очищение производится за счет специальных растворов, которые вводятся в брюшную полость.

Синдром почечной недостаточности приводит к появлению в крови веществ, которые должны разрушаться или выводиться из организма. При неэффективной работе почек на помощь сегодня приходят трансплантация и диализ. Процедуру диализа нельзя назвать идеальной — она требует габаритных аппаратов, из-за чего ее нельзя проводить в домашних условиях, в зонах чрезвычайных ситуаций и с недостаточным медицинским обслуживанием. Количество людей в России, которым необходима искусственная почка, составляет 150 тысяч человек. Это статистика была актуальна в апреле-мае 2016 года.

Главная проблема в том, что одна процедура может стоить около шести-восьми тысяч рублей, а сеанс занимает около четырех часов и выполняется три раза в неделю до конца жизни — я рассматривал только гемодиализ, без перитонеального.
— В чем заключается ваше решение?
— Оно состоит в том, чтобы создать портативный аппарат, который поможет увеличить интервал между посещениями диализных центров и улучшить качество жизни людей с почечной недостаточностью. Это не значит совсем отказаться от диализных центров, но с ним их можно будет посещать реже.
—  Как так получается?
—  Смотрите. В диализном центре удаляется лишняя жидкость, продукты обмена веществ, поддерживается сбалансированное количество химических соединений. Моя идея в том, что с помощью портативного прибора человек сможет удалить продукты метаболизма — обмена веществ — и таким образом отсрочить поход в диализный центр. Но все равно, раз в какое-то время, раз в неделю или два раза в неделю, больному все равно придется посещать диализный центр. Потому что это устройство не может удалить лишнюю жидкость и поддерживать сбалансированное количество химических соединений. Это маленькое устройство не сможет выполнять все функции, которые есть у большой искусственной почки.

На данный момент, даже если разработать такой прибор с мембранным фильтром, то возникнет небольшая сложность. Шунт, через который забирается кровь для диализа, — это такая большая игла. Введение шунта для диализа должно обязательно делаться врачом. Пациент готовится к диализу, в дальнейшем ему предстоит проходить эту процедуру три раза в неделю до конца жизни.

В Европе есть практика домашнего диализа. Существуют портативные аппараты для гемодиализа, которые вешаются на человека в виде специального пояса, но у них есть свои серьезные недостатки. Это высокая цена, хрупкость, габаритность. Человек все равно не может вести активный образ жизни.

Мы ведем работы по созданию для диализа керамики функционального назначения — в лабораториях медицинского материаловедения и физики наноструктурных функциональных материалов. Работы ведутся уже давно, у нас есть большой задел. Коллектив уже разработал высокопористые керамики с размерами пор от наноразмерных до макро. В него входят специалисты из Томского государственного университета, Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Института химической технологии в Германии и Университета Мишкольца в Венгрии. Это как профессора, так и студенты.
— Почему масло в трансформаторах загрязняется? Чем это плохо?
— В процессе эксплуатации трансформаторов под воздействием высоких температур и электрического поля происходит старение и деградация масла. Оно окисляется до полярных форм, которые хорошо проводят электрический ток. Поскольку трансформаторное масло является основным изолятором внутри электрооборудования, важно поддерживать его диэлектрические характеристики на высоком уровне. По статистике, 10−11% случаев выхода из строя маслонаполненного электрооборудования связанно именно с качеством жидкой изоляции.
—  А какова ваша роль в проекте?
— Я руководитель проекта. Я придумал эту тематику, консультируюсь у коллектива профессоров. У нас есть инженер, эксперт в области керамики. Я же занимаюсь изучением свойств цеолитов, чтобы научиться их целенаправленно синтезировать с требуемым комплексом свойств. [Цеолиты — это пористые материалы, каркасные силикаты. Их структура пронизана большим количеством нанометровых пор, благодаря которым они могут играть роль хороших адсорбентов и катализаторов — прим. N+1.] Если цеолит нанести на пористую керамическую подложку, то можно получить пористый градиентный материал, работающий как полупроницаемая мембрана-сито для отцеживания и удаления из крови продуктов метаболизма.
— А градиентный — в каком смысле?
—  Представьте себе, что мы создаем один слой из оксида алюминия с малой пористостью, потом следующий слой — с большей пористостью, следующий — с еще большей. Между ними мы сделаем неровный слой, чтобы они друг на друга накладывались. Получается градиент пористости.

Таким методом мы создаем подложку. Затем мы сверху наносим слоями суспензию цеолита с 50-процентной пористостью. Получается своеобразная губка для диализа, под которую мы можем разработать портативное устройство.
— Пробовали ли вы уже фильтровать на ней кровь? Получается ли?
—  На данный момент — нет. У нас создан только прототип и разработан способ изготовления. Но я поясню.

На конкурсе ВИК. Нано я не старался выиграть. Мне надо было найти (и я нашел) инвесторов, которые могут вложить деньги в мою разработку. Мне предложили созвать по разработке совет врачей, чтобы определить, возможно ли то, что я запланировал. У нас есть медэксперт, который сказал, что это возможно — да и по литературным данным это возможно. Но все-таки надо собрать совет из профессиональных врачей, которые занимаются диализом, чтобы они вынесли окончательный вердикт.

В нашей технологии кровь поступает через мембрану, цеолит сорбирует креатинин и мочевину. Важно знать, что для каждого человека, для каждого возраста и пола уровень креатинина в организме разный. По анализу крови можно определить, насколько именно он завышен. После консилиума с врачами мы сможем подбирать уже конкретную мембрану в зависимости от человека. А управлять пористостью, которая определяет свойства мембраны, мы уже умеем.
— Какие ближайшие планы по развитию проекта?
— Следующий шаг после создания совета врачей — это создание самой мембраны. Небольшой прототип у нас уже есть. Потом есть два пути. Первый — попробовать поместить нашу мембрану в уже существующий диализатор. Это поможет раньше выйти на рынок. Второй — создать полноценное портативное устройство, пройти клинические испытания.
— Немного вопросов о самом конкурсе. Чем вам помогло участие в ВИК. Нано? Я так понимаю, важный результат — потенциальные инвесторы?
— Да. А сам конкурс — у нас была недельная подготовка проектов. Нам предоставили менторов, с которыми мы работали. Научная часть у меня уже была, менторы помогали больше с маркетингом, с финансовой составляющей, с тем, как будет это выглядеть в будущем.
— Были ли какие-то другие проекты, которые вам запомнились у товарищей по конкурсу?
— Да. Это Михаил Омельянович, с которым, как я знаю, вы уже общались. Потом, это Татьяна Смолярова — она разрабатывает нанодиски для онкобольных, которые поступают в кровь и разрезают опухоль. Очень интересно. Мне ее проект очень понравился. Я думаю, она должна была выиграть. У нее уже испытания на мышах проводились, и на мышах, на животных, уже получилось.

Еще я бы отметил Дмитрия Боянова. Он газобетоном занимался. Газобетон хрупкий, а Боянов нашел способ его упрочнить. Тоже очень интересный проект.

Источник: N+1, 20 ноя 2016
Made on
Tilda