Ученые из Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины (ФНКЦ ФХМ), МФТИ и МГУ имени М. В. Ломоносова доказали возможность совмещения двух несмешивающихся компонент (полимера и белка) в одном волокне матрикса, полученного методом электроспиннинга, и показали, что белок может пролонгировано высвобождаться из матрикса. Смесевые матриксы, содержащие белок, перспективны в биомедицине в качестве ожоговых и раневых покрытий, тканеинженерных конструкций, матриц для доставки и высвобождения лекарственных средств.
Результаты исследований опубликованы в журнале RSC Advances. Работа была поддержана Российским научным фондом.
Электроспиннинг
Матриксы, полученные методом электроспиннинга, состоят из тонких волокон и имеют множество применений: их можно использовать для жидкостной или газовой фильтрации, для культивирования клеток, в качестве сорбентов и каталитических матриц, для создания защитной одежды, раневых антибактериальных покрытий, систем для доставки лекарственных средств, а также имплантируемых тканеинженерных конструкций. Электроспиннинг позволяет создать микро- и нановолокна из полимерного раствора или расплава под действием электростатических сил.
К капле прикладывается высокое напряжение (~20 кВ), в результате чего она электризуется и начинает вытягиваться в тонкое волокно, когда сила кулоновского отталкивания превышает силу поверхностного натяжения. Метод электроспиннинга достаточно гибкий: в состав матриксов можно вводить различные компоненты: микро- и наночастицы различной природы, углеродные нанотрубки, флуоресцентные красители, лекарственные и антисептические средства, смеси полимеров и биополимеров. Это позволяет тонко настраивать свойства матриксов для решения конкретной практический задачи.
Белок-полимерные матриксы
Часто в качестве базового элемента матрикса используется полимер-носитель, обеспечивающий стабильное формирование волокон, к которому можно добавить дополнительные компоненты. Для биомедицинских целей используют биодеградируемые и биосовместимые полимеры. Один из наиболее популярных — полилактид (ПЛА), он используется для изготовления биоразлагаемых упаковок, в качестве чернил для 3D-принтеров, также из него изготавливают хирургические шовные нити и штифты.
Основной недостаток ПЛА для использования в биомедицине — плохая смачиваемость и, как следствие, плохая адгезия клеток. Для того, чтобы решить эту проблему, в состав матриксов вводят белки, поскольку они нетоксичны, гидрофильны, естественным путем выводятся из организма, а также могут выступать как терапевтические препараты.
Авторы работы исследовали смесевые матриксы из ПЛА и белка бычьего сывороточного альбумина (БСА), полученные методом электроспиннинга. БСА — водорастворимый глобулярный белок, ПЛА в воде нерастворим. Авторы обнаружили, что в водной среде белковая компонента выходит из состава матрикса (растворяется) постепенно: в течение недели высвобождается около половины всего содержащегося белка. Этот эффект можно использовать для пролонгированного высвобождения белковых лекарственных средств.
Рисунок. EDX анализ волокон из ПЛА (верхняя строчка), БСА (средняя строчка)и смеси ПЛА-БСА в равных пропорциях (нижняя строчка). Цветные снимкипоказывают карты волокон по углероду (зеленый), кислороду (желтый) и азоту(красный). Наличие азота говорит о присутствии белка / ©pubs.rsc.orgДля возможности предсказания свойств смесевых матриксов ученые исследовали распределение белковой компоненты в их составе. Дело в том, что большинство полимеров между собой плохо смешиваются, то есть в системе «полимер — белок — растворитель» происходит фазовое разделение компонент, и вместо общего раствора образуются два отдельных раствора полимера и белка в одной пробирке.
Выбранная исследователями смесь ПЛА и БСА — не исключение. Однако электроспиннинг позволил преодолеть фазовое разделение: ученые показали, что обе компоненты присутствуют в каждом волокне, тремя независимыми методами (флуоресцентной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) и спектроскопии комбинационного рассеяния отдельных волокон).
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Скопировать ссылку