Наносито для крови

Мы продолжаем публиковать интервью о решении непростых инженерных задач. На наши вопросы о конкурсе ВИК.Нано 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. Интервью с другими победителями конкурса — Михаилом Омельяновичем, и Татьяной Фалалеевой можно прочитать здесь.

N+1: Ваш проект посвящен очистке крови при диализе. Что это за процедура и когда она применяется?

Александр Бузимов: Когда почки теряют способность образовывать мочу и выводить из организма креатинин [продукт метаболизма в мышцах — 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.

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 — 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.

Беседовал Владимир Королёв