Синтез трехмерных матриц на основе привитых сополимеров коллаген–пектин–полиакрилат с использованием фотокатализа в присутствии сложного оксида RbTe_1,5W_0,5O₆

Разработка новых перспективных материалов трехмерной структуры из доступных биорезорбируемых, биоинтегрируемых и биосовместимых полимеров востребована и актуальна в связи с интенсивным развитием регенеративной медицины. В данной работе гидрогели привитых полимеров метилметакрилата/бутилакрилата на смесь коллагена и пектина были получены в ходе фотокатализа в присутствии сложного оксида RbTe_1,5W_0,5O₆. Характеристики продуктов синтеза были получены с помощью гель-проникающей хроматографии, элементного анализа, электронной микроскопии и биологических тестов на биоцидность. Было установлено содержание коллагена в количестве менее 40%, микроструктура полимера в виде мелкоячеистой сетки и биоцидность образцов пленок. Полимерный продукт был идентифицирован на поверхности катализатора после отделения порошка оксида от водной дисперсии. Основным преимуществом таких материалов является уникальное сочетание свойств их компонентов, собранных в определенную структуру. К преимуществам полученного материала относится в том числе экологическая ценность исходных компонентов – натурального возобновляемого сырья: коллаген был выделен из отходов переработки трески, пектин – из отходов переработки фруктов и овощей.

1. Рыскина Е.А., Гильмиярова Ф.Н., Колотьева Н.А., Потехина В.И., Горбачева И.В. Биомолекулы и взаимодействия между ними // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2017. N 6-1. С. 97–101. EDN: YOSLBB.

2. Mortier C., Costa D.C.S., Oliveira M.B., Haugen H.J., Lyngstadaas S.P., Blaker J.J., et al. Advanced hydrogels based on natural macromolecules: chemical routes to achieve mechanical versatility // Materials Today Chemistry. 2022. Vol. 26. P. 101222. DOI: 10.1016/j.mtchem.2022.101222.

3. Viateau V., Zhou J., Guérard S., Manassero M., Thourot M., Anagnostou F., et al. Ligart: ligament synthétique “bioactif” et “biointégrable” permettant la réhabilitation rapide du patient: greffage chimique, évaluations biologiques in vivo, expérimentation animale, étude préclinique // Innovation and Research in BioMedical engineering. 2011. Vol. 32, no. 2. P. 118–122. DOI: 10.1016/j.irbm.2011.01.007.

4. Vikingsson L., Antolinos-Tupin C.M., Gómez-Tejedor J.A., Gallego Ferrer G., Gómez Ribelles J.L. Prediction of the “in vivo” mechanical behavior of biointegrable acrylic macroporous scaffolds // Materials Science and Engineering: С. 2016. Vol. 61. P. 651–658. DOI: 10.1016/j.msec.2015.12.068.

5. Adamiak K., Sionkowska A. Current methods of collagen cross-linking: review // International Journal of Biological Macromolecules. 2020. Vol. 161. P. 550–560. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.075.

6. Нащекина Ю.А., Луконина О.А., Дарвиш Д.М., Нащекин А.В., Елоховский В.Ю., Юдин В.Е. [и др.]. Биологические и реологические свойства коллагена, сшитого глутаровым альдегидом // Журнал технической физики. 2020. Т. 90. N 9. С. 1601–1606. DOI: 10.21883/JTF.2020.09.49697.33-20. EDN: SLVQCW.

7. Щеблыкина А.В., Мищенко П.В., Кумейко В.В. Биосовместимые деградируемые материалы на основе пектинов для тканевой инженерии: местная реакция тканей при подкожной имплантации // Тихоокеанский медицинский журнал. 2013. N 2. С. 13–17. EDN: QZWEFH.

8. Jayakumara G.C., Usharani N., Kawakami J., Rao J.R., Nair B.U. Studies on the physico-chemical characteristics of collagen – pectin composites // RSC Advances. 2014. Vol. 4, no. 109. P. 63840–63849. DOI: 10.1039/c4ra10368h.

9. Pat. no. 115724924A, China. Recombinant collagen capable of self-assembling into gel and preparation method and application thereof / S. Yue, M. Ruhua, N. Rui, G. Cungang. Application 25.08.2021; publication 03.03.2023.

10. Yan M., An X., Duan S., Jiang Z., Liu X., Zhao X., et al. A comparative study on cross-linking of fibrillar gel prepared by tilapia collagen and hyaluronic acid with EDC/NHS and genipin // International Journal of Biological Macromolecules. 2022. Vol. 213. P. 639–650. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2022.06.006.

11. Pat. no. 116603104A, China. Preparation method and application of recombinant type III collagen-sodium hyaluronate double-crosslinked gel / C. Liang, L. Jianyong, C. Xiaochao. Application 09.06.2023; publication 18.08.2023.

12. Xie C., Schaefer L., Iozzo R.V. Global impact of proteoglycan science on human diseases // iScience. 2023. Vol. 26, no. 11. P. 108095. DOI: 10.1016/j.isci.2023.108095.

13. Zhang M., Ou X., Shi H., Huang W., Song L., Zhu J., et al. Isolation, structures and biological activities of medicinal glycoproteins from natural resources: a review // International Journal of Biological Macromolecules. 2023. Vol. 244. P. 125406. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2023.125406.

14. Zhang Ch., Zhou Z., Fu S., Yu C., Irfan M., Su X. DNA nanoprobes for detection and imaging of glycoproteins // Nano Today. 2023. Vol. 51. P. 101893. DOI: 10.1016/j.nantod.2023.101893.

15. Deng Y., Ma L., Han Q., Yu C., Johnson-Buck A., Su X. DNA-templated timer probes for multiplexed sensing // Nano Letters. 2020. Vol. 20, no. 4. P. 2688–2694. DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c00313.

16. Semenycheva L., Chasova V., Fukina D., Suleymanov E. Synthesis of polymethyl-methacrylate–collagen-graft copolymer using a complex oxide RbTe1.5W0.5O6 photocatalyst // Polymer Science, Series D. 2022. Vol. 15. P. 110–117. DOI: 10.1134/S1995421222010166.

17. Chasova V., Semenycheva M., Egorkhina M., Charykova I., Linkova D., Rubtsova Y., et al. Cod gelatin as an alternative to cod collagen in hybrid materials for regenerative medicine // Macromolecular Research. 2022. Vol. 30. P. 212–221. DOI: 10.1007/s13233-022-0017-9.

18. Chasova V.O., Fukina D.G., Boryakov A.V., Koroleva E.V., Semenycheva L.L., Suleymanov E.V. The effect of methyl methacrylate transformations during photocatalysis in the presence of RbTe1.5W0.5O6 on the change of the complex oxide surface // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 2. С. 208–221. DOI: 10.21285/2227-2925-2022-12-2-208-221. EDN: STAHGQ.

19. Semenycheva L., Chasova V., Fukina D., Koryagin A., Belousov A., Valetova N., et al. Photocatalytic synthesis of materials for regenerative medicine using complex oxides with β-pyrochlore structure // Life. 2023. Vol. 13, no. 2. P. 352. DOI: 10.3390/life13020352.

20. Semenycheva L., Chasova V., Sukhareva A., Fukina D., Koryagin A., Valetova N., et al. New composite materials with cross-linked structures based on grafted copolymers of acrylates on cod collagen // Applied Sciences. 2023. Vol. 13, no. 9. P. 5455. DOI: 10.3390/app13095455.

21. Semenycheva L., Chasova V., Matkivskaya J., Fukina D., Koryagin A., Belaya T., et al. Features of polymerization of methyl methacrylate using a photocatalyst – the complex oxide RbTe1.5W0.5O6 // Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2021. Vol. 31. P. 3572–3583. DOI: 10.1007/s10904-021-02054-6.

22. Walling C. Free radicals in solution. New York: Wiley, 1957. 631 p.

23. Halliwell B., Gutteridge J.M.C. Free radicals in biology and medicine. Oxford: Oxford University Press, 1999. 936 p.

24. Розанцев Э.Г., Шолле В.Д. Органическая химия свободных радикалов: монография. М.: Химия, 1979. 344 с.

25. Fukina D.G., Koryagin A.V., Koroleva A.V., Zhizhin E.V., Suleimanov E.V., Kirillova N.I. Photocatalytic properties of β-pyrochlore RbTe1.5W0.5O6 under visible-light irradiation // Journal of Solid State Chemistry. 2021. Vol. 300. P. 122235. DOI: 10.1016/j.jssc.2021.122235.

26. Пат. № 2567171, Российская Федерация, C08H 1/06, A23J 1/04. Способ получения уксусной дисперсии высокомолекулярного рыбного коллагена / Л.Л. Семенычева, М.В. Астанина, Ю.Л. Кузнецова, Н.Б. Валетова, Е.В. Гераськина, О.А. Таранкова. Заявл. 06.10.2014; опубл. 10.11.2015. Бюл. № 31.

27. Копелев П.В., Нащекина Ю.А., Александрова С.А. Сравнительный анализ трехмерных полилактидных скаффолдов различной пористости, предназначенных для восстановления хрящевой ткани // Бюллетень инновационных технологий. 2018. Т. 2. N 3. С. 25–31. EDN: XWXOSL.

28. Садовой М.А., Ларионов П.М., Самохин А.Г., Рожнова О.М. Клеточные матрицы (скаффолды) для целей регенерации кости: современное состояние проблемы // Хирургия позвоночника. 2014. N 2. С. 79–86. DOI: 10.14531/ss2014.2.79-86. EDN: YSREXR.

29. Semenycheva L.L., Egorikhina M.N., Chasova V.O., Valetova N.B., Podguzkova M.V., Astanina M.V., et al. Enzymatic hydrolysis of collagen by pancreatin and thrombin as a step in the formation of scaffolds // Russian Chemical Bulletin. 2020. Vol. 69. P. 164–168. DOI: 10.1007/s11172-020-2738-2.

30. Semenycheva L.L., Kuleshova N.V., Mitin A.V., Belaya T.A., Mochkina D.V. Molecular weight characteristics and sorption properties of pectin extracted from different substrates // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2020. Т. 10. N 4. С. 728–737. DOI: 10.21285/2227-2925-2020-10-4-728-737. EDN: KMLLHY.

31. Элиазян Г.А., Маркарян С.М., Пароникян А.Е., Маргарян Л.Ю. Исследование биоцидной обработки кожи средневековых книжных переплетов методом додубливания алюминиевым комплексом, стабилизированным триметилолмелемом // Вестник Национального политехнического университета Армении: Металлургия, материаловедение, недропользование. 2021. N 1. С. 82–88. DOI: 10.53297/18293395-2021.1-82. EDN: HLLLTY.

32. Пат. № 2777896С1, Российская Федерация, A61L2/00, C08H1/00, C01D17/00. Способ получения привитого сополимера метилметакрилата на коллаген / Е.В. Сулейманов, В.О. Часова, Н.Б. Валетова, Л.Л. Семенычева, Д.Г. Фукина, А.В. Корягин [и др.]. Заявл. 28.10.2021; опубл. 11.08.2022. Бюл. № 23.