Выпуск 24-3, 2025

Оригинальная статья

https://doi.org/10.38025/2078-1962-2025-24-3-29-37

Модификация и характеристика биофункциональных свойств коллагенсодержащих ксерогелей медицинского назначения: результаты экспериментального исследования

Посмотреть статью (PDF файл для скачивания)



XML файл для скачивания

ORCIDЕрёмин П.С., ORCIDРожкова Е.А., ORCID Марков П.А.*

Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии Минздрава России, Москва, Россия


РЕЗЮМЕ

ВВЕДЕНИЕ.  Разработка и усовершенствование методов и материалов, применяемых в регенеративной медицине для неме¬дикаментозной стимуляции восстановления тканей, позволит решить ряд клинических проблем, связанных с заболеваниями, препятствующими нормальному процессу репаративной регенерации, такими как диабет, сердечно-сосудистые заболевания и метаболические нарушения. Коллаген и его производные уже используются в качестве компонентов биоматериалов медицинского назначения. Однако низкая механическая прочность, быстрая биодеградация в физиологических средах и слабая устойчивость к ферментам ограничивают область и эффективность их медико-биологического применения.

ЦЕЛЬ.  Оценить влияние карбоновых кислот на прочность, биодеградируемость и биосовместимость коллагенового ксерогеля в условиях in vitro.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.  Механические характеристики материалов оценивали с использованием текстурного анализатора TA.XTplus. Биосовместимость материалов оценивали методами световой и люминесцентной микроскопии с использованием флюоресцентных красителей (DAPI, Rhodamine) и набора для оценки жизнеспособности клеток Calcein AM (CCK-F).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.  Создан ксерогель на основе денатурированного коллагена с высокими прочностными харак¬теристиками. Подобраны параметры термической обработки и концентрации карбоновых кислот для стабилизации механических свойств гидрогеля. Выявлено, что внесение в гидрогель из денатурированного коллагена лимонной кислоты и по¬следующая высокотемпературная обработка позволяют повысить механическую прочность ксерогеля с 59 ± 3 до 82 ± 13 кПа. Кроме того, внесение лимонной кислоты в состав ксерогеля повышает его устойчивость к биодеградации более чем в три раза. Микросреда, создаваемая ксерогелем, содержащим лимонную кислоту, не оказывает цитотоксического действия, но приэтом препятствует пролиферации фибробластов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.  Результаты исследования in vitrо показали, что полученный материал может стать перспективной платформой для применения как в качестве внеклеточного скаффолда, так и в качестве самостоятельного биоматериала для заполнения объема утраченной ткани в результате оперативного вмешательства или ранения.


КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: биомиметики, гидрогель, ксерогель, коллаген, желатин, прочность, Модуль Юнга

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ:

Ерёмин П.С., Рожкова Е.А., Марков П.А. Модификация и характеристика биофункциональных свойств коллагенсодержащих ксерогелей медицинского назначения: результаты экспериментального исследования. Вестник восстановительной медицины. 2025; 24(3):29–37. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2025-24-3-29-37 [Eremin P.S., Rozhkova E.A., Markov P.A. Modification and Characteristics of Biofunctional Properties of Collagen-Containing Xerogels for Medical Purposes: an Experimental Study Results. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2025; 24(3):29–37. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2025-24-3-29-37 (In Russ.).] 

ДЛЯ КОРРЕСПОНДЕНЦИИ:

Марков Павел Александрович, Е-mail: markovpa@nmicrk.ru, p.a.markov@mail.ru


Список литературы:

  1. Amadeh A., Mohebbi N., Amadeh Z., Jamshidbeigi A. Comparative Efficacy of Autolytic and Collagenase-Based Enzymatic Debridement in Chronic Wound Healing: A Comprehensive Systematic Review. Int Wound J. 2025; 22(4): e70177. https://doi.org/10.1111/iwj.70177

  2. Марков П.А., Еремин П.С., Падерин Н.М. и др. Влияние биопластического материала на адгезию, рост и пролиферативную активность фи­бробластов человека в средах, имитирующих кислотность раневого ложа при остром и хроническом воспалении. Вестник восстанови­тельной медицины. 2023; 22(2): 42–51. [Markov P.A., Eremin P.S., Paderin N.M. et al. Effect of Bioplastic Material on Adhesion, Growth and Proliferative Activity of Human Fibroblasts when Incubated in Solutions Mimic the Acidity of Wound an Acute and Chronic Inflammation. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2023; 22(2): 42–51. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2023-22-2-42-51 https://doi.org/10.38025/2078-1962-2023-22-2-42-51 (In Russ.).]

  3. Кудряшова И.С., Марков П.А., Костромина Е.Ю. и др. Разработка раневых покрытий для регенеративной медицины. Вестник восстановительной медицины. 2021; 20(6): 84–95. [Kudryashova I.S., Markov P.A., Kostromina E.Yu. et al. Development of Wound Dressing for Regenerative Medicine. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2021; 20(6): 84–95. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2021-20-6-84-95 https://doi.org/10.38025/2078-1962-2021-20-6-84-95 (In Russ.).]

  4. Le Corre-Bordes D., Hofman K., Hall B. Guide to electrospinning denatured whole chain collagen from hoki fish using benign solvents. Int J Biol Macromol. 2018; 112: 1289–1299. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.02.088

  5. Ratnatilaka Na Bhuket P., Li Y., Yu S.M. From Collagen Mimetics to Collagen Hybridization and Back. Acc Chem Res. 2024; 57(12): 1649–1657. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00772

  6. Patil V.A., Masters K.S. Engineered Collagen Matrices. Bioengineering (Basel). 2020; 7(4): 163. https://doi.org/10.3390/bioengineering7040163

  7. Islam M.M., AbuSamra D.B., Chivu A., et al. Optimization of Collagen Chemical Crosslinking to Restore Biocompatibility of Tissue-Engineered Scaffolds. Pharmaceutics. 2021; 13(6): 832. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13060832

  8. Cumming M.H., Leonard A.R., LeCorre-Bordes D.S., Hofman K. Intra-fibrillar citric acid crosslinking of marine collagen electrospun nanofibres. Int J Biol Macromol. 2018; 114: 874–881. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.03.180

  9. Jayachandran B., Parvin T.N., Alam M.M., et al. Insights on Chemical Crosslinking Strategies for Proteins. Molecules. 2022; 27(23): 8124. https://doi.org/10.3390/molecules27238124

  10. Xu H., Sh. Li, Xu L., Yang Y. Low-temperature crosslinking of proteins using non-toxic citric acid in neutral aqueous medium: Mechanism and kinetic study. Industrial Crops and Products. 2015; 74: 234–240. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.05.010

  11. Singh P., Baisthakur P., Yemul O.S. Synthesis, characterization and application of crosslinked alginate as green packaging material. Heliyon. 2020; 6(1): e03026. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e03026

  12. Shao Z., Shen D., Fan F., et al. Facile synthesis of chitosan-tartaric acid biosorbents for removal of Cu(II) and Cd(II) from water and tea beverages. Int J Biol Macromol. 2023; 241: 124533. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124533

  13. Lu Y., Liu J., Ren B., et al. Room-temperature gelcasting of alumina with tartaric acid and glutaraldehyde. Ceramics International. 2020; 46(8): 11432–11435. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.01.119

  14. Tan T., Zhou J., Gao X., et al. Synthesis, characterization and water-absorption behavior of tartaric acid-modified cellulose gel fromcorn stalk pith. Industrial Crops and Products. 2021; 169: 113641. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113641

  15. Zan J., Qian G., Deng F., et al. Dilemma and breakthrough of biodegradable poly-l-lactic acid in bone tissue repair. Journal of Materials Research and Technology. 2022; 17: 2369–2387. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.01.164

  16. Salihu R., Abd Razak S.I., Zawawi N.A., et al. Citric acid: A green cross-linker of biomaterials for biomedical applications. European Polymer Journal. 2021; 146: 110271. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2021.110271

  17. Antoine E.E., Vlachos P.P., Rylander M.N. Tunable collagen I hydrogels for engineered physiological tissue micro-environments. PLoS One. 2015; 10(3): e0122500. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122500

  18. Antman-Passig M., Levy S., Gartenberg C., et al. Mechanically Oriented 3D Collagen Hydrogel for Directing Neurite Growth. Tissue Eng Part A. 2017; 23(9–10): 403–414. https://doi.org/10.1089/ten.TEA.2016.0185

  19. Landfeld A., Houška M., Skočilas J., et al. The Effect of Irradiation on Rheological and Electrical Properties of Collagen. Applied Rheology. 2016; 26(4): 35–41. https://doi.org/10.3933/applrheol-26-43775

  20. Sarrigiannidis S.O., Rey J.M., Dobre O., et al. Salmeron-Sanchez M. A tough act to follow: collagen hydrogel modifications to improve mechanical and growth factor loading capabilities. Mater Today Bio. 2021; 10: 100098. https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2021.100098

  21. Cosgriff-Hernandez E., Hahn M.S., Russell B. et al. Bioactive hydrogels based on Designer Collagens. Acta Biomater. 2010; 6(10): 3969–3977. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2010.05.002

  22. Tracy L.E., Minasian R.A., Caterson E.J. Extracellular Matrix and Dermal Fibroblast Function in the Healing Wound. Adv Wound Care (New Rochelle). 2016; 5(3): 119–136. https://doi.org/10.1089/wound.2014.0561

  23. Lin H., Wang X., Chung M., Cai S., Pan Y. Direct fibroblast reprogramming: an emerging strategy for treating organic fibrosis. J Transl Med. 2025; 23(1): 240. https://doi.org/10.1186/s12967-024-06060-3

  24. Mishra T., Wairkar S. Pathogenesis, attenuation, and treatment strategies for keloid management. Tissue Cell. 2025; 94: 102800. https://doi.org/10.1016/j.tice.2025.102800




Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

©
Эта статья открытого доступа по лицензии CC BY 4.0. Издательство: ФГБУ «НМИЦ РК» Минздрава России.