Гуріна Т. М., Полякова Г. Л., Селюта А. А.

ДОСЛІДЖЕННЯ ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ У ПРИРОДНИХ ГІДРОГЕЛЯХ ЯК ОСНОВИ БІОАКТИВНИХ РАНОВИХ ПОКРИТТІВ ДЛЯ СТВОРЕННЯ ПРОТОКОЛІВ ЇХ ДОВГОСТРОКОВОГО ЗБЕРІГАННЯ

---

Показати/Завантажити PDF

Про автора:

Гуріна Т. М., Полякова Г. Л., Селюта А. А.

Рубрика:

БІОЛОГІЯ

Тип статті:

Наукова стаття

Анотація:

В статті представлені дані щодо фазових перетворень 1 % водяних розчинів природних гідрогелей (високо- та низькомолекулярної гіалуронової кислоти, λ-, κ- та ι-каррагінанів, альгінату натрію та метилцелюлози різної молекулярної маси), що найчастіше використовуються для біоактивних ранових покриттів та при виготовленні інших виробів для практичної медицини. Температурні інтервали фазових перетворень, пов’язаних із склуванням, та безпосередньо їх температури склування Тg були визначені за допомогою класичного експериментального методу – термомеханічного аналізу. Встановлено, що всі температурні інтервали склування для досліджених 1% водяних розчинів природних гідрогелей знаходяться в області вище -40°С, що є важливим для визначення температур довгострокового зберігання гелевих покриттів за низьких температур (зокрема в умовах низькотемпературних холодильників). Дослідження показали, що фазовий перехід 1% водяного розчину ГК в склоподібний стан залежить від молекулярної маси. Для 1% водяних розчинів МЦ не спостерігалось залежності від її молекулярної маси. Температури склування Тg 1% водяних розчинів трьох різновидів каррагінанів (λ-, κ- та ι-каррагінан) майже не відрізнялись. Дані о фазово-структурних перетвореннях, які відбуваються у гідрогелях при заморожуванні-відтаванні дають можливість удосконалити протоколи довгострокового зберігання речовин, що в своєму складі містять природні гідрогелі, та стануть у нагоді при розробці режиму сублімаційного висушування гідрогелевих носіїв. Гелеутворюючі речовини з ряду біологічно активних полімерів природного походження можуть бути використані у якості складової кріозахисних розчинів при кріоконсервуванні біооб’єктів.

Теги:

Список цитованої літератури:

1. Mordor Intelligence Research & Advisory. Wound Dressing Market Size & Share Analysis – Growth Trends & Forecasts (2024-2029). Hyderabad: Mordor Intelligence; 2024. Available from: https://www.mordor intelligence.com/industry-reports/wound-dressings-market.
2. Aswathy SH, Narendrakumar U, Manjubala I. Commercial hydrogels for biomedical applications. Heliyon. 2020;6(4):e03719. DOI: 10.1016/j.heliyon. 2020.e03719.
3. Gupta BB, Agarwal RP, Alam MS. Hydrogels for wound healing applications. Biomedical Hydrogels: Biochemistry, Manufacture and Medical Applications. New Delhi: Woodhead Publishing. 2011;9:184-227. DOI: https://doi.org/10.1533/9780857091383.2.184.
4. Joyce K, Fabra GT, Bozkurt Y, Pandit A. Bioactive potential of natural biomaterials: identification, retention and assessment of biological properties. Signal Transduction and Targeted Therapy. 2021;6(1):1-28. DOI: https://doi.org/10.1038/s41392-021-00512-8.
5. Su J, Li J, Liang J, Zhang K, Li J. Hydrogel Preparation Methods and Biomaterials for Wound Dressing. Life (Basel). 2021;11(10):1016. DOI: 10.3390/life11101016.
6. Cui R, Zhang L, Ou R, Xu Y, Xu L, Zhan XY, et al. Polysaccharide-Based Hydrogels for Wound Dressing: Design Considerations and Clinical Applications. Front Bioeng Biotechnol. 2022;10:845735. DOI: 10.3389/fbioe.2022.845735.
7. Ghiorghita CA, Platon IV, Lazar MM, Dinu MV, Aprotosoaie AC. Trends in polysaccharide-based hydrogels and their role in enhancing the bioavailability and bioactivity of phytocompounds. Carbohydr Polym. 2024;334:122033. DOI: 10.1016/j.carbpol.2024.122033.
8. Aderibigbe BA, Buyana B. Alginate in Wound Dressings. Pharmaceutics. 2018;10(2):42. DOI: 10.3390/pharmaceutics10020042.
9. Wang X, Guan S, Zhang K, Li J. Benlysta-Loaded Sodium Alginate Hydrogel and Its Selective Functions in Promoting Skin Cell Growth and Inhibiting Inflammation. ACS Omega. 2020;5(18):10395-400. DOI: 10.1021/acsomega. 0c00283.
10. Wang T, Yi W, Zhang Y, Wu H, Fan H, Zhao J, et al. Sodium alginate hydrogel containing platelet-rich plasma for wound healing. Colloids Surf B Biointerfaces. 2023;222:113096. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb. 2022.113096.
11. Nqoro X, Adeyemi SA, Ubanako P, Ndinteh DT, Kumar P, Choonara YE, et al. Wound healing potential of sodium alginate-based topical gels loaded with a combination of essential oils, iron oxide nanoparticles and tranexamic acid. Polymer Bulletin. 2023;81(4):3459-78. DOI: https://doi.org/10.1007/s00289-023-04879-2.
12. Jovic TH, Kungwengwe G, Mills AC, Whitaker IS. Plant-Derived Biomaterials: A Review of 3D Bioprinting and Biomedical Applications. Frontiers in Mechanical Engineering. 2019;5:19. DOI: https://doi.org/10. 3389/fmech.2019.00019.
13. Solovieva EV, Fedotov AY, Mamonov VE, Komlev VS, Panteleyev AA. Fibrinogen-modified sodium alginate as a scaffold material for skin tissue engineering. Biomed Mater. 2018;13(2):025007. DOI: 10.1088/1748-605X/aa9089.
14. Ishfaq B, Khan IU, Khalid SH, Asghar S. Design and evaluation of sodium alginate-based hydrogel dressings containing Betula utilis extract for cutaneous wound healing. Front Bioeng Biotechnol. 2023;11:1042077. DOI: 10.3389/fbioe.2023.1042077.
15. Tudoroiu EE, Dinu-Pîrvu CE, Albu Kaya MG, Popa L, Anuța V, Prisada RM, et al. An Overview of Cellulose Derivatives-Based Dressings for Wound-Healing Management. Pharmaceuticals (Basel). 2021;14(12):1215. DOI: 10.3390/ph14121215.
16. Synytsya A, Grafová M, Slepicka P, Gedeon O, Synytsya A. Modification of chitosan-methylcellulose composite films with meso-tetrakis(4-sulfonatophenyl)porphyrin. Biomacromolecules. 2012;13(2):489-98. DOI: 10.1021/bm2015366.
17. Abu N, Kasim SH, Hisham SF, Shamsudin S, Noorsal K, Mastor A. Effect of Methylcellulose on the Hydrophilicity of Chitosan 3D-Porous Scaffold. Adv. Mater. Res. 2016;1133:55-59. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1133. 55.
18. Tan W, Zhang J, Zhao X, Li Q, Dong F, Guo Z. Preparation and physicochemical properties of antioxidant chitosan ascorbate/methylcellulose composite films. Int. J. Biol. Macromol. 2020;146:53-61. DOI: 10.1016/j. ijbiomac.2019.12.044.
19. Vysekantsev I, Martsenyuk V, Buriak I, Abrafikova L, vynakhidnyky; Instytut problem kriobiolohiyi i kriomedytsyny NAN Ukrayiny, patentovlasnyk. Sposib likuvannya ran. Patent Ukrayiny № 116072. 2018 Hrud 25. Dostupno: https://ua.patents.su/10-116072-sposib-likuvannya-ran.html. [in Ukrainian].
20. Monteiro IP, Shukla A, Marques AP, Reis RL, Hammond PT. Spray-assisted layer-by-layer assembly on hyaluronic acid scaffolds for skin tissue engineering. J Biomed Mater Res A. 2015;103(1):330-40. DOI: 10.1002/jbm.a.35178.
21. Collins MN, Birkinshaw C. Hyaluronic acid based scaffolds for tissue engineering--a review. Carbohydr Polym. 2013;92(2):1262-79. DOI: 10.1016/j.carbpol.2012.10.028.
22. Graça MFP, Miguel SP, Cabral CSD, Correia IJ. Hyaluronic acid-Based wound dressings: A review. Carbohydr Polym. 2020;241:116364. DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.116364.
23. Yang X, Wang B, Peng D, Nie X, Wang J, Yu C, et al. Hyaluronic Acid-Based Injectable Hydrogels for Wound Dressing and Localized Tumor Therapy: A Review. Adv. NanoBiomed Res. 2022;2:2200124. DOI: https://doi.org/10. 1002/anbr.202200124.
24. Longinotti C. The use of hyaluronic acid based dressings to treat burns: A review. Burns & trauma. 2014;2(4):2321-3868. DOI: https://doi. org/10.4103/ 2321-3868.142398.
25. Zerbinati N, Esposito C, Cipolla G, Calligaro A, Monticelli D, Martina V, et al. Chemical and mechanical characterization of hyaluronic acid hydrogel cross-linked with polyethylen glycol and its use in dermatology. Dermatologic Therapy. 2020;33(4):e13747. DOI: https://doi. org/10.1111/ dth.13747.
26. Antoszewska M, Sokolewicz EM, Barańska-Rybak W. Wide Use of Hyaluronic Acid in the Process of Wound Healing – A Rapid Review. Scientia Pharmaceutica. 2024;92(2):23. DOI: https://doi.org/10.3390/scipharm9202 0023.
27. Yegappan R, Selvaprithiviraj V, Amirthalingam S, Jayakumar R. Carrageenan based hydrogels for drug delivery, tissue engineering and wound healing. Carbohydr Polym. 2018;198:385-400. DOI: 10.1016/j.carbpol. 2018.06.086.
28. Giri TK, Ghosh B, editors. Plant and algal hydrogels for drug delivery and regenerative medicine. Cambridge: Woodhead Publishing; 2021. Chapter 9, Hydrogels Based on Carrageenan; Series in Biomaterials; p. 293-325. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821649- 1.00003-9.
29. Neamtu B, Barbu A, Negrea MO, Berghea-Neamțu CȘ, Popescu D, Zăhan M, et al. Carrageenan-Based Compounds as Wound Healing Materials. Int J Mol Sci. 2022;23(16):9117. DOI: 10.3390/ijms23169117.
30. Pettinelli N, Rodríguez-Llamazares S, Bouza R, Barral L, Feijoo-Bandín S, Lago F. Carrageenan-based physically crosslinked injectable hydrogel for wound healing and tissue repairing applications. Int J Pharm. 2020;589:119828. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2020.119828.
31. Feyzmanesh S, Halvaei I, Baheiraei N. Alginate Effects on Human Sperm Parameters during Freezing and Thawing: A Prospective Study. Cell J. 2022;24(7):417-423. DOI: 10.22074/cellj.2022.8122.
32. Walayat N, Wang X, Liu J, Nawaz A, Zhang Z, Khalifa I, et al. Kappa-carrageenan as an effective cryoprotectant on water mobility and functional properties of grass carp myofibrillar protein gel during frozen storage. LWT. 2022;154:112675. DOI: https://doi.org/10.1016/j. lwt.2021.112675.
33. Pilbauerova N, Schmidt J, Soukup T, Prat T, Nesporova K, Velebny V, et al. Innovative Approach in the Cryogenic Freezing Medium for Mesenchymal Stem Cells. Biomolecules. 2022;12(5):610. DOI: https://doi.org/10.3390/ biom12050610.
34. Koschiy SV, Goltsev AN, Vysekantsev IP, Martsenyuk VF, Gurina TM, Sokol LV. Protective Effect of Methylcellulose during Cryopreservation of Inoculated Cells in Serum-Free Medium. Problems of Cryobiology and Cryomedicine. 2013;23(2):116-23. Available from: https:// cryo.org.ua/ journal/index.php/probl-cryobiol-cryomed/article/ view/28.
35. Gurina TM, Pakhomov AV, Kyryliuk AL, Bozhok GA. Developing protocol of testicular interstitial cell cryopreservation with consideration of determining temperature intervals for controlled cooling below -60°С. Cryobiology. 2011;62(2):107-14. DOI: https://doi.org/10.1016/j. cryobiol. 2011.01.011.
36. Gurina TM, Kirilyuk AL. Temperature ranges of phase transformations in the cryoprotective media components determined by thermoplastic deformation method. Problems of Cryobiology. 2012;22(4):410-22.
37. Osetskyi O, Gurina T, Poliakova A, Sevastianov S. Thermoplastic Analysis of Cluster Crystallization of Cryoprotective Solutions. Probl Cryobiol Cryomed. 2021;31(3):203-213. DOI: https://doi.org/10.15407/cryo31.03.203.
38. Pakhomov O, Gurina T, Mazaeva V, Polyakova A, Deng B, Legach E, et al. Phase transitions and mechanisms of cryoprotection of serum-/xeno-free media based on dextran and dimethyl sulfoxide. Cryobiology. 2022;107:13-22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2022.06.004.
39. Pakhomov O, Gurina T, Polyakova A, Mazaeva V, Deng B, Bozhok G. Study of physical processes occurring in serum-containing and polymer-based serum-free cryoprotective media. Biopolymers and Cell. 2024;40(1):37-46. DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.000AAC.
40. Borchard W, Kenning A, Kapp A, Mayer C. Phase diagram of the system sodium alginate/water: a model for biofilms. Int J Biol Macromol. 2005;35(5):247-56. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2005.02.006.
41. Espíndola SP, Norder B, Koper GJM, Picken SJ. The Glass Transition Temperature of Heterogeneous Biopolymer Systems. Biomacromolecules. 2023;24(4):1627-1637. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.biomac.2c01356.
42. Ponomareva VL, Kuleshova LG, Vysekantsev IP, Onasenko OS, Mykhailova OО. Kinetics of Phase Transformations During Cooling-Warming of Saccharomyces cerevisiae Cells in Alginate-Containing Cryoprotective Media. Probl Cryobiol Cryomed. 2018;28(3):212- 23. Available from: .
43. Panagopoulou A, Molina JV, Kyritsis A, Pradas MM, Lluch AV, Ferrer GG, et al. Glass Transition and Water Dynamics in Hyaluronic Acid Hydrogels. Food Biophysics. 2013;8(3):192-202. DOI: https://doi.org/10.1007/s11483-013-9295-2.
44. Kripotou S, Zafeiris K, Culebras-Martínez M, Gallego Ferrer G, Kyritsis A. Dynamics of hydration water in gelatin and hyaluronic acid hydrogels. Eur Phys J E Soft Matter. 2019;42(8):109. DOI: https://doi.org/10.1140/epje/ i2019-11871-2.

Публікація статті:

«Вісник проблем біології і медицини», 2024 Випуск 4, 175, 170-178 сторінки, код УДК 536.42:116-089.4:577.11

DOI:

10.29254/2077-4214-2024-4-175-170-178