Исследование токсичности наноструктурированных фторуглеродных покрытий полимеров в отношении клеточных элементов крови.

Работа содержит результаты исследования токсичности наноструктурированных фторуглеродных покрытий на поверхности полистирола по отношению к клеточным элементам крови (лейкоцитам и эритроцитам).

Целью данной работы является исследование влияния наноструктурированных фторуглеродных покрытий с разным содержанием фтора в газовой смеси на функциональную активность нейтрофилов и токсичность по отношению к клеточным структурам.

В настоящее время полимерные материалы все чаще используются в различных областях науки и техники, а также в медицине. Основными требованиями к медицинским изделиям из полимерных материалов являются биоинертность и биосовместимость. Для использования полимеров в качестве искусственных кровеносных сосудов, а также в качестве имплантов необходимо уменьшить адгезию клеточных структур крови, а также болезнетворных бактерий, которые являются причиной воспалительных процессов. Поэтому необходимо использовать материалы с низкой поверхностной энергией. Такие материалы могут быть созданы с помощью методов ионно-плазменных технологий, которые позволяют формировать поверхности с новыми свойствами, не изменяя основной материал.

Для првоедения исследований использовались чашки Петри из полистирола диаметром 40 мм, на внутреннюю поверхность которых была нанесена фторуглеродная пленка с различным содержанием CF₄ в газовой смеси. Формирование наноструктурированных фторугродных поверхностей проводилось на вакуумной установке, оснащенной двумя источниками ионов. На первом этапе производилась обработка ионно-плазменными потоками частиц с целью формирования наноструктурированной поверхности в течение 10 минут с ускоряющим напряжением 2кВ. На втором этапе производилось нанесение фторуглеродной пленки нанометрвоой толщины с различным содержание CF₄ в газовой смеси (от 10 до 50%) в течение 10 минут с ускоряющим напряжением 3 кВ. Соотношение газов регулировалось с помощью системы газосмешения, состоящей из электронного контроллера и двух цифровых регуляторов расхода газа производства "Элточприбор" (Зеленоград). Объектом для исследования были выбраны элементы крови: лейкоциты и эритроциты. Фагоциты являются одним из типов лейкоцитов. С помощью фагоцитов изучалось воздействие наноструктурированных поверхностей на функциональные свойства лейкоцитов. Влияние на гемолитические свойства изучались на примере эритроцитов. О токсичности можно судить по фагоцитарной активности, фагоцитарному индексу и индексу переваривания. В обработанные чашки Петри помещали клетки стафилококка, по поглощению частиц которого рассчитывались функциональные показатели.

Анализ подсчета микроорганизмов показал, что в захвате нейтрофилами микробных клеток участвуют половина нейтрофилов. Также было выявлено, что содержание фтора в газовой смеси не влияет на фагоцитарные функции нейтрофилов как при времени экспозиции 1 час, так и при двух часах, а также нет особого различия в фагоцитарной функции для образцов без обработки и только с обработкой CF₄. Таким образом, обработанная фторуглеродной пленкой поверхность не оказывает отрицательного влияния на фагоцитарную функцию нейтрофилов, т.е. не проявляет токсических свойств в отношении лейкоцитов. На обработанных чашках Петри, оставленных на сутки при комнатной температуре, не были выявлены признаки гемолиза (т.е. разрушения эритроцитов, когда разрывается их оболочка и гемоглобин выходит наружу, благодаря чему кровь приобретает лаковый блеск) как в опытных, так и контрольных чашках, что тоже свидетельствует об отсутствии токсических свойств. Лабораторную посуду из полистирола, с нанесенной на внутреннюю поверхность фторуглеродной пленкой, можно использовать в качестве лабораторной тары для проведения исследований in vitro.При 40% и 50% фтора во фторуглеродной пленке блокируется размножение микробов. Скорее всего, это связано с тем, что увеличиваются антиадгезионные свойства поверхности за счет уменьшения поверхностной энергии, которые мешают микробам удерживаться на поверхности, размножаться и создавать биопленки, что приводит к биодеструкции поверхности. Это свойство позволяет использовать полимерные материалы с фторуглеродной пленкой  качестве искусственных кровеносных сосудов, лабораторной посуды, контактирующей с кровью, а также в качестве имплантов.

1.Г.П. Ямпольская, В.Д. Должикова «Модифицирование поверхности полистирола комплексом бычий сывороточный альбумин-твин-80 и прогнозирование биосовместимости», «ВМУ», Москва, 2007.
2.А.Н. Лямин, Елинсон В.М., Щур П.А., Хазиев Б.С. «Вакуумное ионно-плазменное формирование супергидрофобных антимикробных полимерных материалов», Материалы 13-ой Международной конференции «Высокие медицинские технологии 21-го века», Испания, Бенидорм, 2014.
3.L.V. Didenko, V.M. Elinson, N.V. Shevlyagina, G.A. Avtandilov, A.N. Lyamin, L.I. Kravets, G. Dinesku, M.Y. Yablokov «A comparative study of Staphylococcus aureus adhesion to the fluorine-containing surface obtained by various methods of ion-plasma technology», Materials of the VI International conference on environmental, industrial and applied microbiology «BioMicroWorld 2015», 2015, Spain.

The work includes results of the study of nanostructured fluorocarbon coatings’ toxicity for polystyrene with respect to cellular elements of blood (leucocytes and erythrocytes)