Технология под названием сублимация стремительно ворвалась в нашу жизнь несколько лет назад. Сублимирование (или лиофилизация) широко применяется в пищевой промышленности: это помогает сохранить урожай и сделать продуктовые запасы на долгий срок. Сухие продукты, полученные с помощью этой технологии, используются в кондитерском искусстве.
Они также входят в рацион выживальщиков, космонавтов и полярников, что позволяет им получить необходимые пищевые добавки в экстремальных условиях. Однако немногие знают, что сублимация нашла применение и в медицинской сфере. «МК» узнал о том, как делают сушеные лекарства, сублимируют кровь и как сублимация используется в трансплантационной хирургии.
Процесс сублимации (лиофилизации) представляет собой процедуру полного удаления влаги. Она призвана сохранить продукты питания и значительно уменьшить их вес. Преимущество этого метода заключается в том, что он обеспечивает испарение воды из замороженных продуктов без их перехода в жидкое состояние. Одним из этапов технологии является процесс заморозки с последующим быстрым испарением воды в вакууме. Технология была открыта в 1921 году ученым СССР Лаппа-Старженецким.
Суть системы сублимации в том, что находящаяся в продуктах жидкость переходит из твердого состояния в газообразное. Поскольку это происходит при низких температурах, процессы разложения продукции останавливаются, и молекулярные связи не распадаются. Впервые данный метод применили во время Второй мировой войны для создания сухих антибиотиков и заменителей крови.
Затем начали производить и сублимированные продукты питания, которые также применялись в армии, а позже в процессе освоения космического пространства. Сегодня сублимированную еду можно запросто купить в магазине, она пользуется большим спросом у путешественников: достаточно просто добавить жидкость — и ужин готов.
Для фармацевтической продукции используются два разных метода заморозки: заморозка в контакте с охлажденной поверхностью и динамическая заморозка / заморозка вращением в охлаждающей ванне. «Испарение воды в ходе сублимационной сушки из замороженного сырья происходит без оттаивания благодаря воздействию низкого давления. Таким образом, вакуум позволяет удалить воду и прочие жидкости из обрабатываемого сырья, без потери свойств и исходной структуры», — отмечает специалист в области технологий сублимирования Алексей Бутримов.
Сублимация и фармакология
Технология сублимирования получила широкое применение в фармакологии из-за способности наилучшим образом сохранять свойства медикаментов. Метод лиофилизации применяется для препаратов гормональной терапии, антибиотиков, витаминов, ферментных препаратов, а также для препаратов крови, сыворотки и вакцин. Порошки, полученные этим способом, очень гигроскопичны и быстро растворяются.
Важно отметить, что лиофилизированные лекарственные средства сохраняют свою биологическую активность на протяжении длительного времени с минимальными потерями количества живых микробных клеток. Низкотемпературные условия процесса сублимационной сушки не только сохраняют первоначальные свойства продукта (биологически активные вещества, запах, вкус, цвет), но и улучшают их за счет концентрации наиболее ценных компонентов.
Лиофилизация применяется и при изготовлении медицинских пробиотических препаратов. Процесс высушивания в этом случае обеспечивает стабилизацию бактериальной культуры, которая важна для обеспечения жизнеспособности клеток в препарате. От последнего будет зависеть срок годности лекарственного средства.
Ученые из Томска изучали влияние условий сублимационного высушивания на препаратах-пробиотиках. Результаты исследования показали, что количество живых микробных клеток в препаратах после процесса лиофилизации практически не изменилось. Этому поспособствовала высокая скорость замораживания продукта, благодаря которой потери микробных клеток были минимальны. Таким образом, лиофильное высушивание является надежным способом сохранения биоматериалов.
В лиофилизированных культурах значительная часть бактерий сохраняется в жизнеспособном состоянии в течение многих лет, не теряя при этом биологических свойств. «Поэтому сегодня нет никакой разницы, употребляете вы сублимированные пробиотики или живые», — рассказывает врач-гастроэнтеролог Михаил Буеверов.
Реконструктивная медицина
Лиофилизация успешно нашла свое применение в сфере реконструктивной медицины, обеспечивая восстановление утраченной или деформированной части организма человека. В этой сфере медицины сублимации подвергаются трансплантаты и аллотрансплантаты (это трансплантаты, которые были взяты из трупа). Они не просто анатомически восстанавливают ткани и органы, но и возвращают им прежние функциональные свойства.
Ученые, изучавшие сублимированные ткани, пришли к выводу, что в процессе лиофилизации материалы приобретают устойчивость к факторам внешней среды и способность сохранять комплекс структурных и биохимических качеств. Помимо этого лиофилизированные трансплантаты обладают достаточной прочностью и эластичностью. Так, они могут создавать необходимое натяжение концов поврежденного сухожилия, что способствует более полноценной регенерации.
При этом сублимированные трансплантаты могут возвращать поврежденным тканям и органам прежние функциональные свойства. Например, лиофилизированные губчатые аллотрансплантаты, помещенные в пространство глаза на пять лет, не рассасываются и не рубцуются, зато сохраняют в тканях реципиента свою первоначальную структуру, выполняя дренажную функцию, прорастают кровеносными сосудами, создавая дополнительное питание оболочкам глаза.
Сублимация крови
В прошлом году наши ученые разработали технологию получения сухой плазмы крови для применения в полевых условиях, что открыло новую страницу в истории военно-полевой хирургии. При помощи сублимации получают лиофилизированную плазму, которую можно носить с собой в специальном пакете в индивидуальной аптечке, а при необходимости развести в спецрастворе. В условиях, когда нет возможности переливания крови традиционным способом, это может оказать неоценимую помощь.
В экстренных ситуациях, когда доступ к свежей крови или передвижение раненых ограничены, сухая плазма может стать спасительной альтернативой для больных и пострадавших.
Но пока это лишь перспективы. Технология еще должна доказать свою эффективность в исследованиях.
Екатерина Пичугина
