Адсорбция белков на поверхности материалов - одна из основных проблем медицинских имплантатов и поверхностей, подверженных биологическому загрязнению, таких как корпуса судов и стенки биореакторов. Эти белки облегчают прикрепление клеток и бактерий к конструкционным материалам, что приводит к формированию биопленок и ухудшению эксплуатационных свойств механизмов.
Для борьбы с этим явлением в Советском Союзе были разработаны химические вещества - биоциды ("необрастайки"), которыми обрабатывались корпуса подводных лодок и надводных судов, однако эти покрытия были крайне токсичны и недолговечны.
На данный момент все существующие на рынке продукты превентивного действия не могут быть использованы в медицине ввиду их высокой биологической активности либо недолговечности.
Стандартным подходом является обработка поверхности гидрофильным полимером, таким как полиэтиленгликоль (ПЭГ). При высокой плотности ПЭГ формирует на поверхности структуру "щетки", которая блокирует адсорбцию белков созданием физического барьера. Однако такой метод демонстрирует впечатляющие результаты лишь в краткосрочных экспериментах in vitro. В условиях организма такое полимерное покрытие склонно к фиброзной инкапсуляции и последующей деградации.
Джонатан Дордик (Jonathan Dordick), Рави Кан (Ravi Kane) и их сотрудники продемонстрировали нестандартный подход к решению этой проблемы методами биоинженерии (Small 2007, 3, No. 1, 50–53). Новый композитный материал состоит из протеолитических ферментов, прикрепленных к поверхности одностенных углеродных нанотрубок, диспергированных в матрице из полиметилметакрилата. Благодаря огромной площади поверхности нанотрубок в единице объема стало возможным значительно увеличить содержание ферментов в материале. Кроме того, как показали исследования, каталитическая активность ферментов, связанных с углеродными нанотрубками, возрастает более чем в 30 раз по сравнению с контрольными углеродными композитами не нанометрового масштаба. Важно, что 90% ферментов сохраняют свою активность в течение 30 дней в водном растворе.
Многочисленные эксперименты подтверждают высокую эффективность подобных систем. Так, композит с использованием дополнительного фермента позволяет разрушать адсорбирующийся фибриноген, который участвует в формировании сгустка крови.
Таким образом, разработано высокоэффективное самоочищающееся покрытие активного действия, которое открывает путь для имплантации в организм любых инородных материалов.
Только если нанобиороботы помогут.
