Ukr.Biochem.J. 2025; Том 97, № 1, січень-лютий, c. 62-74

doi: https://doi.org/10.15407/ubj97.01.062

Розробка полімерних систем, здатних запобігати поверхнево-індукованому фібрилогенезу

07.04.2025   Uncategorized   No comments

A. Hansen1*, A. Sloutski1, R. Wong1, Y. Fang1,
L. Stotchel2, C. Sadasivan3, M. Rafailovich1

1Department of Materials Science and Engineering,
Stony Brook University, Stony Brook, New York, USA;
2Hebrew Academy of Nassau County, Uniondale, New York, USA;
3Department of Neurosurgery, Stony Brook University,
Stony Brook, New York, USA;
*e-mail: adam.hansen@stonybrook.edu

Отримано: 06 листопада 2024; Виправлено: 27 січня 2025;
Затверджено: 21 лютого 2025; Доступно онлайн: 03 березня 2025

Відомо, що використання медичних засобів, які мають полімерні поверхні, що контактують з кровотоком, часто призводить до тромбоутворення. Механізм тромбоутворення залежить, зокрема, від гідрофобної/гідрофільної природи та адгезивних властивостей поверхні, на якій за відсутності тромбіну може відбуватися спонтанно ініційований фібрилогенез. У цій роботі було досліджено зв’язок між «межею Берга» та здатністю полімерних поверхонь продукувати агрегацію фібриногену у волокнисті структури за допомогою двох унікальних систем. Полістирол (PS), добре охарактеризований, стабільний полімер, був спочатку перевірений через його здатність легко надавати гідрофільність за допомогою УФ-озону без додаткових добавок. Однак із метою вивчення біорозкладаного полімеру з більшою фізіологічною значущістю, фокус був переключений на полівініловий спирт (PVA). Для покращення механічних властивостей і підвищення гідрофільності PVA, використано хімічний підхід із додаванням глини, яку функціоналізували дифенілфосфатом резорцину (RDP). Дослідження двох різних систем показали, що адсорбція фібриногену зазнає переходу межі Берга, незалежно від фізичного чи хімічного підходу, і що спостерігається значне зниження поверхневої тромбогенності спричиненої тромбоцитами з контактними кутами нижче цього порогу. Продемонстровано адгезію клітин HUVEC до поверхні PVA-RDP без негативного впливу на проліферацію та здатність до ендотелізації. Таким чином, запропоновано принцип створення нетромбогенних матеріалів шляхом надання поверхні гідрофільності. Цим ефектом можна скористатися для створення полімерів, більш придатних для біомедичних цілей.

Ключові слова: , , , , ,

Посилання:

  1. Keohane EM, Smith L, Walenga JM. Rodak’s hematology: clinical principles and applications. Elsevier Health Sciences, 2015. 912 p.
  2. Mosesson MW. Fibrinogen and fibrin structure and functions. J Thromb Haemost. 2005;3(8):1894-1904. PubMed, CrossRef
  3. Galanakis DK, Protopopova A, Li K, Yu Y, Ahmed T, Senzel L, Heslin R, Gouda M, Koo J, Weisel J, Manco-Johnson M, Rafailovich M. Novel characteristics of soluble fibrin: hypercoagulability and acceleration of blood sedimentation rate mediated by its generation of erythrocyte-linked fibers. Cell Tissue Res. 2022;387(3):479-491. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Dempfle CE. The use of soluble fibrin in evaluating the acute and chronic hypercoagulable state. Thromb Haemost. 1999;82(2):673-683. PubMed, CrossRef
  5. Zhang L, Casey B, Galanakis DK, Marmorat C, Skoog S, Vorvolakos K, Simon M, Rafailovich MH. The influence of surface chemistry on adsorbed fibrinogen conformation, orientation, fiber formation and platelet adhesion. Acta Biomater. 2017;54:164-174. PubMed, CrossRef
  6. Sivaraman B, Latour RA. Delineating the roles of the GPIIb/IIIa and GP-Ib-IX-V platelet receptors in mediating platelet adhesion to adsorbed fibrinogen and albumin. Biomaterials. 2011;32(23):5365-5370. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  7. Chiumiento A, Lamponi S, Barbucci R. Role of fibrinogen conformation in platelet activation. Biomacromolecules. 2007;8(2):523-531. PubMed, CrossRef
  8. Koo J, Galanakis D, Liu Y, Ramek A, Fields A, Ba X, Simon M, Rafailovich MH. Control of anti-thrombogenic properties: surface-induced self-assembly of fibrinogen fibers. Biomacromolecules. 2012;13(5):1259-1268. PubMed, CrossRef
  9. Murakami D, Kobayashi S, Tanaka M. Interfacial structures and fibrinogen adsorption at blood-compatible polymer/water interfaces. ACS Biomater Sci Eng. 2016;2(12):2122-2126. PubMed, CrossRef
  10. Jaffer IH, Fredenburgh JC, Hirsh J, Weitz JI. Medical device-induced thrombosis: what causes it and how can we prevent it? J Thromb Haemost. 2015;13(Suppl 1):S72-S81. PubMed, CrossRef
  11. Stamboroski S, Joshi A, Noeske PM, Köppen S, Brüggemann D. Principles of fibrinogen fiber assembly in vitro. Macromol Biosci. 2021;21(5):e2000412. PubMed, CrossRef
  12. Kanduč M, Schneck E, Netz RR. Understanding the “Berg limit”: the 65° contact angle as the universal adhesion threshold of biomatter.
    Phys Chem Chem Phys. 2024;26(2):713-723. PubMed, CrossRef
  13. Padavan DT, Hamilton AM, Millon LE, Boughner DR, Wan W. Synthesis, characterization and in vitro cell compatibility study of a poly(amic acid) graft/cross-linked poly(vinyl alcohol) hydrogel. Acta Biomater. 2011;7(1):258-267. PubMed, CrossRef
  14.  Zhu G, Zhang F, Jiang P, Ge M. The experimental study of polyvinyl alcohol (PVA) textile material degradation by ozone oxidation process. J Textile Institute. 2020;112(1):117-122. CrossRef
  15. Gupta S, T G, Basu B, Goswami S, Sinha A. Stiffness- and wettability-dependent myoblast cell compatibility of transparent poly(vinyl alcohol) hydrogels. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2013;101(2):346-354. PubMed, CrossRef
  16. Murakami TN, Fukushima Y, Hirano Y, Tokuoka Y, Takahashi M, Kawashima N. Surface modification of polystyrene and poly(methyl methacrylate) by active oxygen treatment. Colloids Surf B Biointerfaces. 2003;29(2-3):171-179. CrossRef
  17. Abdulal EA, Khot A, Bailey A, Mehan M, Debies T, Takacs GA. Surface characterization of polystyrene treated with ozone and grafted with poly(acrylic acid). J Adhes Sci Technol. 2014;29(1):1-11. CrossRef
  18. Guo Y, He S, Yang K, Xue Y, Zuo X, Yu Y, Liu Y, Chang CC, Rafailovich MH. Enhancing the mechanical properties of biodegradable polymer blends using tubular nanoparticle stitching of the interfaces. ACS Appl Mater Interfaces. 2016;8(27):17565-17573. PubMed, CrossRef
  19. Xue Y, Yang F, Li J, Zuo X, Pan B, Li M, Quinto L, Mehta J, Stiefel L, Kimmey C, Eshed Y, Zussman E, Simon M, Rafailovich M. Synthesis of an Effective Flame-Retardant Hydrogel for Skin Protection Using Xanthan Gum and Resorcinol Bis(diphenyl phosphate)-Coated Starch. Biomacromolecules. 2021;22(11):4535-4543. PubMed, CrossRef
  20. Pack S, Kashiwag T, Cao C, Korach CS, Lewin M, Rafailovich MH. Role of surface interactions in the synergizing polymer/clay flame retardant properties. Macromolecules. 2010;43(12):5338-5351. CrossRef
  21. Rechendorff K, Hovgaard MB, Foss M, Zhdanov VP, Besenbacher F. Enhancement of protein adsorption induced by surface roughness. Langmuir. 2006;22(26):10885-10888. PubMed, CrossRef
  22. Tyagi B, Chudasama CD, Jasra RV. Determination of structural modification in acid activated montmorillonite clay by FT-IR spectroscopy. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2006;64(2):273-278. PubMed, CrossRef
  23. Cosultchi A, Cordova I, Valenzuela MA, Acosta DR, Bosch P, Lara VH. Adsorption of crude oil on Na+-montmorillonite. Energy Fuels. 2005;19(4):1417-1424. CrossRef
  24. Cole KC. Use of infrared spectroscopy to characterize clay intercalation and exfoliation in polymer nanocomposites. Macromolecules. 2008;41(3):834-843. CrossRef
  25. Galanakis DK, Protopopova A, Zhang L, Li K, Marmorat C, Scheiner T, Koo J, Savitt AG, Rafailovich M, Weisel J. Fibers generated by plasma Des-AA fibrin monomers and protofibril/fibrinogen clusters bind platelets: clinical and nonclinical implications. TH Open. 2021;5(3):e273-e285. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.