Ученые ПНИПУ создали хирургическую нить с регулируемым сроком рассасывания

Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали композитную нить повышенной прочности с регулируемым сроком рассасывания и компьютерную модель, предсказывающую ее поведение.

Ежегодно в мире проводят более 300 млн операций. Исход многих из них напрямую зависит от качества шовного материала, так как большинство осложнений связано именно с реакцией тканей на нити. Особенно остро проблема стоит в пластической, детской и абдоминальной хирургии.

Идеальная рассасывающаяся нить должна исчезать за 15–30 суток через гидролиз (без токсинов и повторных операций). Но существующие материалы либо держатся слишком долго — до 70 дней и более, что грозит воспалением, либо разрушаются слишком быстро — за 7–10 дней, не успевая удержать края раны, что ведет к ее расхождению.

Ученые Пермского Политеха разработали композитную нить с регулируемым сроком рассасывания. В основе изделия — жгут из 19 тончайших полигликолидных волокон (медицинский рассасывающийся материал), покрытый специальным гибридным составом из полимеров и крахмала. Аналогов с таким же составом на рынке нет. Обычно производители используют либо чистый полигликолид, либо смесь всего двух составляющих.

«Для создания нити мы использовали сочетание трех компонентов: полигликолевой кислоты — 60–70 %, крахмала — 25–35 % и полимолочной кислоты — 5–10 %. Эта смесь позволяет точно контролировать скорость рассасывания. Меняя толщину покрытия, мы можем «запрограммировать» нить на исчезновение ровно через 15, 20, 25 или 30 суток. Сначала этот слой защищает внутренний жгут от воды. Когда он постепенно истончается, жидкость добирается до волокон и запускает гидролиз. Следовательно, материал безопасно распадается», — рассказал один из авторов разработки, доцент кафедры экспериментальной механики и конструкционного материаловедения ПНИПУ, кандидат технических наук Станислав Словиков.

Это позволило ученым получить нить, срок жизни которой можно настраивать под конкретного пациента и тип операции. Затем ученые проверили, насколько прочным получилось изделие. Они закрепили образцы в специальной машине и начали медленно растягивать их до разрыва. Скорость растяжения составляла всего 10 мм в минуту, то есть нить удлинялась очень плавно. Это позволило точно замерить, какая нагрузка ей нужна, чтобы порваться.

«Результаты показали, что один жгут выдерживает нагрузку до 28 ньютонов, тогда как при реальной хирургической операции шов испытывает не более 5 Н. Таким образом, запас прочности нашей нити в 6 раз выше необходимого», — поделилась Виктория Чихачева, магистрант кафедры экспериментальной механики и конструкционного материаловедения ПНИПУ.

Ученые отмечают, что такой запас необходим, потому что во время операции хирург сильно натягивает нить, завязывая узлы, — в этот момент нагрузка резко возрастает. А после операции кашель, чихание или просто движения пациента создают дополнительное натяжение шва. Шестикратный запас гарантирует, что нить не порвется ни в процессе фиксации шва, ни при обычной активности пациента в период заживления.

Дополнительно ученые разработали компьютерную модель, которая предсказывает, как быстро нить разрушится в организме. Экспериментально проверять каждый вариант толщины покрытия — значит тратить недели и месяцы ожидания. Модель же позволяет мгновенно рассчитать нужные параметры, не изготавливая десятки образцов вслепую.

К тому же реальные процессы разрушения идут неравномерно: сначала медленно, потом все быстрее, потому что продукты распада сами ускоряют дальнейшее разложение (это называется автокатализом). Обычные формулы этот эффект не учитывают, в отличие от разработанного алгоритма. Его прогнозы совпадают с реальными экспериментами на 98 %.

«Результаты показали, что при заданной толщине покрытия нить сохраняет прочность в течение всего необходимого срока, а затем полностью рассасывается без остатка. Это подтверждают лабораторные исследования, в которых мы выдерживали образцы в изотоническом растворе при 37 °С — в условиях, максимально приближенных к человеческому организму», — добавил Станислав Словиков.

По мнению ученых, благодаря высокой прочности и регулируемой биодеградации, композитная полифиламентная нить является оптимальным решением для временных швов в пластической, детской и общей хирургии.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации