Выпуск 24-5, 2025

Оригинальная статья

https://doi.org/10.38025/2078-1962-2025-24-5-66-72

Применение цитрата натрия для модификации биофункциональных свойств коллагенового гидрогеля: результаты экспериментального исследования

Посмотреть статью (PDF файл для скачивания)



XML файл для скачивания

ORCID Марков П.А. *, ORCID Марченкова Л.А.

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


РЕЗЮМЕ

ВВЕДЕНИЕ.  Быстрая деструкция материалов и конструкций, потеря ими механической прочности, деформация архитектуры и формы — факторы, ограничивающие применение коллагеновых биоматериалов в регенеративной медицине и тканевой инженерии. Одним из способов повышения прочности и устойчивости гидрогелевых биоматериалов к биодеградации является введение в их состав дополнительных химических сшивок, например, трикарбоновых кислот (лимонная кислота). Однако использование кислот может провоцировать гибель клеток, контактирующих с гидрогелевым биоматериалом, что и было подтверждено ранее. Возможным решением проблемы может стать замена лимонной кислоты на ее соль — цитрат натрия (ЦН).

ЦЕЛЬ.  Оценить влияние ЦН на структурно-механические свойства коллагенового гидрогеля и его биосовместимость с фибробластами кожи человека.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.  В работе использованы следующие реактивы и материалы: денатурированный коллаген I типа компании First Alive Collagen (Россия), 80 мМ раствора ЦН. Для термической стабилизации гидрогели высушивали при 80 °С в течение 12 часов, затем полученные ксерогели дополнительно выдерживали при 150 °С в течение 16 часов. Интенсивность биодеградации оценивали в условиях in vitro с использованием анализатора текстуры TX-700. Оценку биосовместимости проводили методом прямого контакта с использованием фибробластов человека (HdFb d281), приобретенных в Банке клеточных культур «Коллекция клеточных культур» Центра коллективного пользования Института биологии развития им. Н.К. Кольцова Российской академии наук

ОБСУЖДЕНИЕ.  Оценка интенсивности биодеградации гидрогелей в условиях in vitro показала, что внесение ЦН в состав коллагенового раствора повышает устойчивость образованного гидрогеля к биодеградации в пять раз, прочность гидрогеля возрастает с 7 ± 3 до 35 ± 6 кПа. Установлено, что ЦН не оказывает влияния на сорбционные свойства ксерогеля, количество сорбированной влаги составляет 3,8 ± 0,7 г, что сопоставимо с исходным ксерогелем. Выявлено, что модифицированная форма гидрогеля не оказывает влияния на пролиферативную активность и скорость клеточного роста фибробластов человека. Через 48 часов совместной инкубации количество клеток увеличивается на 70 %, что сопоставимо как с контролем, так и с исходным гелем. Найдено, что поверхность гидрогеля, модифицированного ЦН, поддерживает клеточную адгезию и пролиферативную активность фибробластов.

ОБСУЖДЕНИЕ.  Результаты исследования дополняют данные литературы и демонстрируют перспективность применения соли лимонной кислоты для усиления гидрогелевого каркаса из полипептидных цепей коллагена и повышения его устойчивости к биодеструкции. Применение ЦН можно рассматривать как возможное решение проблемы стандартизации биофункциональных свойств коллагеновых гидрогелей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.  Таким образом, использование ЦН в составе коллагеновых гидрогелей может быть эффективным способом повышения устойчивости тканеинженерных конструкций к биодеградации. Полученные результаты могут использоваться при создании биоматериалов медицинского назначения.


КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: денатурированный коллаген, цитрат натрия, биомиметические материалы, биодеградация, фибро- бласты, тканевая инженерия, немедикаментозное лечение ран

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ:

Марков П.А., Марченкова Л.А. Применение цитрата натрия для модификации биофункциональных свойств коллагенового гидрогеля: результаты экспериментального исследования. 2025; 24(5):66–72. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2025-24-5-66-72 [Markov P.A., Marchenkova L.A. Application of Sodium Citrate to Modify Collagen Hydrogel Biofunctional Properties: Experimental Study Findings. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2025; 24(5):66–72. https://doi.org/10.38025/2078-1962-2025-24-5-66-72 (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. Nakayama K.H., Shayan M., Huang N. Engineering Biomimetic Materials for Skeletal Muscle Repair and Regeneration. Advanced healthcare materials. 2019; 8(5): e1801168. https://doi.org/10.1002/adhm.201801168
  3. 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
  4. 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
  5. Lin K., Zhang D., Macedo M.H., et al. Advanced collagen-based biomaterials for regenerative biomedicine. Advanced Functional Materials. 2019; 29: 1804943. https://doi.org/10.1002/adfm.201804943
  6. Salvatore L., Gallo N., Natali M.L., et al. Mimicking the Hierarchical Organization of Natural Collagen: Toward the Development of Ideal Scaffolding Material for Tissue Regeneration. Front Bioeng Biotechnol. 2021; 9: 644595. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.644595
  7. Jayachandran B., Parvin T.N., Alam M.M., Chanda K., Mm B. Insights on Chemical Crosslinking Strategies for Proteins. Molecules. 2022; 27(23): 8124. https://doi.org/10.3390/molecules27238124
  8. Еремин 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.).]
  9. Rippa A.L., Kalabusheva E.P., Vorotelyak E.A. Regeneration of Dermis: Scarring and Cells Involved. Cells. 2019; 8(6): 607. https://doi.org/10.3390/cells8060607
  10. Xue M., Zhao R., March L., Jackson C. Dermal Fibroblast Heterogeneity and Its Contribution to the Skin Repair and Regeneration. Adv Wound Care (New Rochelle). 2022; 11(2): 87–107. https://doi.org/10.1089/wound.2020.1287
  11. 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
  12. Uranga J., Nguyen B.T., Si T.T., et al. The Effect of Cross-Linking with Citric Acid on the Properties of Agar/Fish Gelatin Films. Polymers. 2020; 12(2): 291. https://doi.org/10.3390/polym12020291
  13. Salihu R., Razak S.I., Zawawi N.A., et al. Citric acid: A green cross-linker of biomaterials for biomedical applications, Eur. Polym. J. 2021; 146: 110271. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2021.110271
  14. Thomas S., Yen P., Sclafani J., et al. Amniotic Suspension Allograft and Fetal Bovine Acellular Dermal Matrix to Treat Complex, Acute, Full-thickness Wounds: A Retrospective Analysis of Safety and Treatment Efficacy. Wounds. 2020; 32(1): 30–36.
  15. Bosque B.A, Dowling S.G, May B.C.H., et al. Ovine Forestomach Matrix in the Surgical Management of Complex Lower-Extremity Soft-Tissue Defects. J Am Podiatr Med Assoc. 2023; 113(3): 22–081. https://doi.org/10.7547/22-081
  16. Pires Figueiredo M., Rodríguez-Fernández S., Copes F., et al. Review of collagen type I-based hydrogels: focus on composition-structure-properties relationships. NPJ biomedical innovations. 2025; 2(1): 16. https://doi.org/10.1038/s44385-025-00018-w
  17. Wu Z., Su X., Xu Y., et al. Bioprinting three-dimensional cell-laden tissue constructs with controllable degradation. Scientific reports. 2016; 6: 24474. https://doi.org/10.1038/srep24474
  18. Lertwimol T., Sonthithai P., Hankamolsiri W., et al. Development of chondrocyte-laden alginate hydrogels with modulated microstructure and properties for cartilage regeneration. Biotechnology progress. 2023; 39(2): e3322. https://doi.org/10.1002/btpr.3322



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.