Ukr.Biochem.J. 2024; Том 96, № 1, січень-лютий, c. 80-95

doi: https://doi.org/10.15407/ubj96.01.080

Багатофункціональні гідрогелі на основі хітозану: характеристика та оцінка біосумісності та біодеградації in vitro

29.02.2024   Uncategorized   No comments

Н. Maнькo1, M. Луцик1, В. Aнтонюк1,2, I. Iвaсeчкo1,
Н. Скoрoхід1, Г. Koсякoвa3, O. Meгeдь3, T. Гoрiдько3,
Н. Гула3, O. Kлючівськa1, Р. Пaнчук1, Н. Пoхoдилo4,
О. Бaрaбaш4, T. Думич2, Р. Стойкa1,4*

1Інститут біології клітини НАН України, Львів, Україна;
2Львівський національний медичний університет імені Данила Галицького, Львів, Україна;
3Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ, Україна;
4Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна;
*e-mail: stoika.rostyslav@gmail.com

Отримано: 29 листопада 2023; Виправлено: 31 грудня 2023;
Затверджено: 01 лютого 2024; Доступно онлайн: 26 лютого 2024

Описані нові гідрогелі хітозану, доповнені хондроїтин-6-сульфатом, або гіалуроновою кислотою чи агарозою, а також N-стеароїлетаноламіном (NSE). При формуванні цих гелів враховували катіонні властивості хітозану та аніонні властивості трьох інших біополімерів. Результати FTIR-аналізу створених гідрогелів свідчать про утворення композицій, які містили вищевказані біополімери та NSE (1,95 мг/г або 0,062 мг/см2 хітозан-гіалуронатного гідрогелю). Хітозан різної молекулярної маси (150, 500, 740 кДа), а також хондроїтин-6-сульфат (<2 мг/мл) і гіалуронова кислота (<2 мг/мл) не продемонстрували значної цитотоксичної дії in vitro (тести з МТТ та із виключення трипанового синього) щодо псевдонормальних клітин епітеліальних (лінія MCF10A людської молочної залози, лінія HaCat людських кератиноцитів і лінія HEK293 клітин ембріональної нирки людини) і сполучної (мишачі фібробласти лінії Balb/3T3) тканин. Менше ніж 20% інгібування виживання клітин спостерігали за дії 80 мкМ (26 мг/мл) NSE. Більшість гелів були стійкими до деградації у сольовому розчині, однак вони руйнувалися протягом >24 год культивування в середовищі, що містило 10% ембріональної телячої сироватки крові. Обговорено перспективи застосування створених гідрогелів на основі хітозану як супресорів запалення та стимуляторів загоєння ран у лабораторних тварин.

Ключові слова: , , , , , , ,

Посилання:

  1. Dunn L, Prosser HC, Tan JT, Vanags LZ, Ng MK, Bursill CA. Murine model of wound healing. J Vis Exp. 2013;(75):e50265. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Masson-Meyers DS, Andrade TAM, Caetano GF, Guimaraes FR, Leite MN, Leite SN, Frade MAC. Experimental models and methods for cutaneous wound healing assessment. Int J Exp Pathol. 2020;101(1-2):21-37. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3. Nuutila K, Eriksson E. Moist Wound Healing with Commonly Available Dressings. Adv Wound Care (New Rochelle). 2021;10(12):685-698. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Feng P, Luo Y, Ke C, Qiu H, Wang W, Zhu Y, Hou R, Xu L, Wu S. Chitosan-Based Functional Materials for Skin Wound Repair: Mechanisms and Applications. Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:650598. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Alsarra IA. Chitosan topical gel formulation in the management of burn wounds. Int J Biol Macromol. 2009;45(1):16-21 PubMed, CrossRef
  6. Wu G, Ma F, Xue Y, Peng Y, Hu L, Kang X, Sun Q, Ouyang DF, Tang B, Lin L. Chondroitin sulfate zinc with antibacterial properties and anti-inflammatory effects for skin wound healing. Carbohydr Polym. 2022;278:118996. PubMed, CrossRef
  7. Frenkel JS. The role of hyaluronan in wound healing. Int Wound J. 2014;11(2):159-163. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  8. Kosiakova H, Berdyshev A, Dosenko V, Drevytska T, Herasymenko O, Hula N. The involvement of peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) in anti-inflammatory activity of N-stearoylethanolamine. Heliyon. 2022;8(11):e11336. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  9. Pils V, Terlecki-Zaniewicz L, Schosserer M, Grillari J, Lämmermann I. The role of lipid-based signalling in wound healing and senescence. Mech Ageing Dev. 2021;198:111527. PubMed, CrossRef
  10. Patent of Ukraine for Invention UA N112716 (C08B), Method of preparing chitosan with high hemostatic activity. Аuthors: Lootsik MD, Bilyy RО, Lutsik ММ, Stoika RS. Published in 10.10.2016.
  11. Patent 81861 UA, IPC (2007.01) С07С 215/00, С07С 229/02. Method of preparing N-acylethanolamins. Authors: Hula NM, Маrgytych VМ, Hоrydko ТМ, Аrtаmоnоv МV, Zhukov ОD, Klymashevskyy VМ. Publ. 11.02.2008. Bull. No 3.
  12. Gilli R, Kacuráková M, Mathlouthi M, Navarini L, Paoletti S. FTIR studies of sodium hyaluronate and its oligomers in the amorphous solid phase and in aqueous solution. Carbohydr Res. 1994;263(2):315-326. PubMed, CrossRef
  13. Keereetaweep J, Chapman KD. Lipidomic Analysis of Endocannabinoid Signaling: Targeted Metabolite Identification and Quantification. Neural Plast. 2016;2016:2426398. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Panchuk R, Skorokhyd N, Chumak V, Lehka L, Kosiakova H, Horid’ko T, Hudz I, Hula N, Riabtseva A, Mitina N, Zaichenko A, Heffeter P, Berger W, Stoika R. Cannabimimetic N-Stearoylethanolamine as “Double-Edged Sword” in Anticancer Chemotherapy: Proapoptotic Effect on Tumor Cells and Suppression of Tumor Growth versus Its Bio-Protective Actions in Complex with Polymeric Carrier on General Toxicity of Doxorubicin In Vivo. Pharmaceutics. 2023;15(3):835. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  15. ISO 10993-5:2009 Biological evaluation of medical devices. Part 5: Tests for in vitro cytotoxicity.
  16. Tyliszczak B, Drabczyk A, Kudłacik-Kramarczyk S, Bialik-Wąs K, Sobczak-Kupiec A. In vitro cytotoxicity of hydrogels based on chitosan and modified with gold nanoparticles. J Polym Res. 2017;24:153. CrossRef
  17. Thankam FG, Muthu J. Influence of physical and mechanical properties of amphiphilic biosynthetic hydrogels on long-term cell viability. J Mech Behav Biomed Mater. 2014;35:111-122. PubMed, CrossRef
  18. Albinali KE, Zagho MM, Deng Y, Elzatahry AA. A perspective on magnetic core-shell carriers for responsive and targeted drug delivery systems. Int J Nanomedicine. 2019;14:1707-1723. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  19. Siafaka PI, Üstündağ Okur N, Karavas E, Bikiaris DN. Surface Modified Multifunctional and Stimuli Responsive Nanoparticles for Drug Targeting: Current Status and Uses. Int J Mol Sci. 2016;17(9):1440. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  20. dos Santos KS, Coelho JF, Ferreira P, Pinto I, Lorenzetti SG, Ferreira EI, Higa OZ, Gil MH. Synthesis and characterization of membranes obtained by graft copolymerization of 2-hydroxyethyl methacrylate and acrylic acid onto chitosan. Int J Pharm. 2006;310(1-2):37-45. PubMed, CrossRef
  21. Finotelli PV, Da Silva D, Sola-Penna M, Rossi AM, Farina M, Andrade LR, Takeuchi AY, Rocha-Leão MH. Microcapsules of alginate/chitosan containing magnetic nanoparticles for controlled release of insulin. Colloids Surf B Biointerfaces. 2010;81(1):206-211. PubMed, CrossRef
  22. Saboktakin MR, Tabar NA, Tabatabaie RM, Maharramov A, Ramazanov MA. Intelligent Drug Delivery Systems Based on Modified Chitosan Nanoparticles. Lett Org Chem. 2012;9(1):56-70. CrossRef
  23. Lootsik M, Bilyy R, Lutsyk M, Manko N, Navytka S, Kutsiaba V, Stoika R. Honeybee (Apis mellifera) chitosan: purification, heterogeneity and hemocoagulating activity. Biotechnol Acta. 2016;9(6): 39-49. CrossRef
  24. Lootsik M, Bilyy R, Lutsyk M, Stoika R. Preparation of chitosan with high blood clotting activity and its hemostatic potential assessment. Biotechnol Acta. 2015;8(6):32-40. CrossRef
  25. Lootsik M, Manko N, Gromyko O, Tistechok S, Lutsyk M (Jr.) , Stoika R. Honeybee chitosan-melanin complex: isolation and investigation of antimicrobial activity. Ukr Biochem J. 2020;92(6):143-153. CrossRef
  26. Huang G, Huang H. Hyaluronic acid-based biopharmaceutical delivery and tumor-targeted drug delivery system. J Control Release. 2018;278:122-126. PubMed, CrossRef
  27. Yin T, Liu J, Zhao Z, Zhao Y, Dong L, Yang M, Zhou J, Huo M. Redox sensitive hyaluronic acid‐decorated graphene oxide for photothermally controlled tumor‐cytoplasm‐selective rapid drug delivery. Adv Funct Mater. 2017;27(14):1604620. CrossRef
  28. Abednejad A, Ghaee A, Morais ES, Sharma M, Neves BM, Freire MG, Nourmohammadi J, Mehrizi AA. Polyvinylidene fluoride-Hyaluronic acid wound dressing comprised of ionic liquids for controlled drug delivery and dual therapeutic behavior. Acta Biomater. 2019;100:142-157. PubMed, CrossRef
  29. Huang G, Huang H. Application of hyaluronic acid as carriers in drug delivery. Drug Deliv. 2018;25(1):766-772. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  30. Jana P, Shyam M, Singh S, Jayaprakash V, Dev A. Biodegradable polymers in drug delivery and oral vaccination. Eur Polym J. 2021;142:110155. CrossRef
  31. Vasi AM, Popa MI, Butnaru M, Dodi G, Verestiuc L. Chemical functionalization of hyaluronic acid for drug delivery applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2014;38:177-185. PubMed, CrossRef
  32. Onopchenko OV, Kosiakova GV, Goridko TM, Berdyschev AG, Meged OF, Hula NM. The effect of N-stearoylethanolamine on the activity of antioxidant enzymes, content of lipid peroxidation products and nitric oxide in the blood plasma and liver of rats with induced insulin-resistance. Ukr Biokhim Zhurn. 2013;85(5):88-96. (In Ukrainian). PubMed, CrossRef
  33. Artamonov MV, Zhukov OD, Horid’ko TM, Klimashevsky VM, Martseniuk OP, Hula NM. Effect of N-stearoylethanolamide and ionizing radiation on lipid components of the liver and heart microsomes in rats. Ukr Biokhim Zhurn. 1999;75(4):81-90. (In Ukrainian). PubMed
  34. Onopchenko OV, Kosiakova GV , Oz M, Klimashevsky VM, Gula NM. N-stearoylethanolamine restores pancreas lipid composition in obesity-induced insulin resistant rats. Lipids. 2015;50(1):13-21. PubMed, CrossRef
  35. Berdyshev AG, Kosiakova HV, Onopchenko OV, Panchuk RR, Stoika RS, Hula NM. N-Stearoylethanolamine suppresses the pro-inflammatory cytokines production by inhibition of NF-κB translocation. Prostaglandins Other Lipid Mediat. 2015;121(Pt A):91-96. PubMed, CrossRef
  36. Zhukov OD, Berdyshe AG, Kosiakova GV, Klimashevskiy VM, Gorid’ko TM, Meged OF, Hula NM. N-stearoylethanolamine effect on the level of 11-hydroxycorticosteroids, cytokines IL-1β, IL-6 and TNFα in rats with nonspecific inflammation caused by thermal burn of skin. Ukr Biochem J. 2014;86(3):88-97. (In Ukrainian). PubMed, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.