Влияние белково-пептидного биорегулятора склеры, включенного в альбуминовый криогель, на состояние склеральной оболочки при модельном культивировании заднего отдела глаза

Задача доставки биологически активных веществ в определенные положения в организме человека и животного является актуальной в настоящее время, для ее решения авторами настоящей публикации был разработан носитель биологически активных веществ с замедленным высвобождением вещества, представляющий собой альбуминовый криогель, полученный методом криоструктурирования, и проведено его тестирование на модели огранного культивирования заднего отдела глаза тритона.

Цель работы – изучение эффективности пористого криогеля, полученного путем криоструктурирования из альбумина и нагруженного биорегулятором из склеры глаза быка в различных количествах, в поддержании целостности тканей глаза и сохранности фибробластов тритонов Pleurodeles waltl на модели органного культивирования.

Материалы и методы. Альбуминовые губки получали в присутствии денатурирующего агента при температурах –15, –17,5 и –20 °C, концентрациях альбумина 40, 50 и 60 мг/мл в криостате и определяли их модуль упругости. Ткани глаз изолировали у взрослых половозрелых тритонов Pleurodeles waltl обоего пола, задний сектор каждого глаза помещали на губчатый образец альбуминового криогеля в пенициллиновые флаконы, закрывали и ставили в термостат. По окончании культивирования образцы фиксировали, промывали, обезвоживали, заливали в парафин и делали парафиновые срезы с последующим окрашиванием. Для просмотра гистологических срезов использовали микроскоп Leica (Германия) с фотокамерой Olympus DP70 (Япония). Оценку количества фибробластов на гистологических срезах осуществляли по программе ImageJ.

Результаты. Для эксперимента органного культивирования был выбран криогель с концентрацией исходного раствора альбумина 50 мг/мл, полученный при температуре –20 °С с модулем упругости 4,50 кПа. Согласно результатам гистологических исследований, целостность тканей глаза поддерживается в эксперименте при нагрузке альбуминовой подложки биорегулятором в дозах 2,46 × 10^–5, 2,46 × 10^–7, 2,46 × 10^–9, 2,46 × 10^–13, 2,46 × 10^–15 мкг, причем статистически значимая разница для данных по количеству фибробластов на единицу площади в склере частично коррелирует с качественным состоянием самих тканей заднего отдела глаза, наилучший результат по сравнению с контролем показали группы, где доза биорегулятора из склеры составила 2,46 × 10^–7, 2,46 × 10^–9 и 2,46 × 10^–15 мкг. Выводы. Полученные результаты свидетельствуют об эффективности альбуминовой подложки в качестве носителя с сорбированным на ней биорегулятором (дозы 2,46 × 10^–5, 2,46 × 10^–7, 2,46 × 10^–9, 2,46 × 10^–13, 2,46 × 10^–15 мкг) в поддержании целостности тканей глаза и сохранности фибробластов тритонов Pleurodeles waltl, и показывают эффективность применения альбуминового криогеля в качестве носителя для замедленного высвобождения биологически активных веществ.

1. Langer R, Peppas NA. Advances in biomaterials, drug delivery, and bionanotechnology. AIChE Journal. 2003; 49 (12): 2990–3006. doi: 10.1002/aic.690491202.

2. Yun YH, Lee BK, Park K. Controlled drug delivery: historical perspective for the next generation. J Controlled Release. 2015; 219 (1): 2–7. doi: 10.1016/j.jconrel.2015.10.005.

3. Benoit DSW, Overby CT, Sims KR, Ackun­Farmmer MA. Drug delivery systems. Biomaterials Science (4th Edn.). W.R. Wagner, S.E. Sakiyama-Elbert, G. Zhang, M.J. Yaszemski (Eds.). Academic Press, 2020: 1237–1266. ISBN: 978-0-12-816137-1.

4. Tekade RK. Drug Delivery Systems. Academic Press, 2019. 792 p. ISBN: 9780128144879.

5. Svenson S. Carrier-based drug delivery. ACS Symp. Ser. 2004; 879 (1): 2–23. doi: 10.1021/bk-2004-0879.ch001.

6. Орехова ЛЮ, Кудрявцева ТВ, Мусаева РС, Полькина СИ, Чупринина АВ, Садулаева ЛА. Обзор систем пролонгированной доставки лекарственных веществ для консервативного лечения воспалительных заболеваний пародонта. Пародонтология. 2022; 27 (4): 298–307. doi: 10.33925/1683-3759-2022-27-4-298-307.

7. Cao W, Zhou X, Tu C, Wang Z, Liu X, Kang Y et al. A broad-spectrum antibacterial and tough hydrogel dressing accelerates healing of infected wound in vivo. Biomaterials Advances. 2023; 145 (1): article 213244. doi: 10.1016/j.bioadv.2022.213244.

8. Platon IV, Ghiorghita CA, Lazar MM, Raschip EE, Dinu MV. Chitosan sponges with instantaneous shape recovery and multistrain antibacterial activity for controlled release of plant-derived polyphenols. Int J Molec Sci. 2023$ 24 (5): article 4452. doi: 10.3390/ijms24054452.

9. Jugur­Grodzinski J. Polymers for tissue engineering, medical devices, and regenerative medicine: Concise general review of recent studies. Polym Adv Technol. 2006; 17 (3): 395–418. doi: 10.1002/pat.729.

10. Bakhshpour M, Idil N, Percin I, Denizli A. Biomedical applications of polymeric cryogels. Appl Sci. 2019; 9 (3): article 553. doi: 10.3390/9030553.

11. Troy E. Nature-based biomaterials and their application in biomedicine. Polymers. 2021; 13 (19): article 3321. doi: 10.3390/polym13193321.

12. He Y, Wang C, Wang C, Xiao Y, Lin W. An overview on collagen and gelatin-based cryogels: Fabrication, classification, properties and biomedical applications. Polymers. 2021; 13 (14): article 2299. doi: 10.3390/polym13142299.

13. Лозинский ВИ, Родионов ИА, Цискарашвили АВ, Еськин НА. Антибактериальная белковая губка для химиотерапии инфицированных ран и способ ее получения. Пат. РФ № 2637634 (2016); Б.И. № 34 (2017).

14. Lozinsky VI, Shchekoltsova AO, Sinitskaya ES, Vernaya OI, Nuzhdina AV, Bakeeva IV et al. Influence of succinylation of a wide-pore albumin cryogels on their properties, structure, biodegradability, and release dynamics of dioxidine loaded in such spongy carriers. Int J Biol Macromol. 2020; 160 (1): 583–592. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.05.251.

15. Шайхалиев АИ, Краснов МС, Сидорский ЕВ, Ямскова ВП, Лозинский ВИ. Индукция остеогенеза костной ткани нижней челюсти кролика с использованием криогенно-структурированного губчатого альбуминового 3D-носителя, нагруженного биорегулятором. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2022; 24 (1): 56–63. doi: 10.15825/1995-11912022-1-56-63.

16. Лозинский ВИ. Принципы и методы криоструктурирования полимерных систем для создания инновационных материалов биомедицинского назначения. Гибридные наноформы биоактивных и лекарственных веществ. Под. ред. М.Я. Мельникова и Л.И. Трахтенберга. М.: Техносфера, 2020. Глава 3: 69–101.

17. Reichelt S. Introduction to macroporous cryogels. Meth Molec Biol. 2015; 1286: 173–181. doi: 10.1007/978-14939-2447-9_14.

18. Tripathi A, Melo JS. Cryostructurization of polymeric systems for developing macroporous cryogel as a foundational framework in bioengineering applications. J Chem Sci. 2019; 131 (1): article 92. doi: 10.1007/s12039-019-1670-1.

19. Kirsebom H, Mattiasson B. Cryostructuration as a tool for preparing highly porous polymer materials. Polym Chem. 2011; 2 (5): 1059–1062. doi: 10.1039/c1py00014d.

20. Lozinsky VI. Cryostructuring of polymeric systems. 55. Retrospective view on the more than 40-years studies performed in the A.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds with respect of the cryostructuring processes in polymeric systems. Gels. 2020; 6 (3): article 29. doi: 10.3390/gels6030029.

21. Краснов МС, Шайхалиев АИ, Коршаков ЕВ, Ефименко МВ, Солошенков ПП, Давыдова ТР и др. Индукция остеогенеза костной ткани крысы с использованием криогенно-структурированных пористых 3D-материалов с содержанием биорегулятора. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2019; 168 (7): 113–117. doi: 10.1007/s10517-019-04657-z.

22. Sidorskii EV, Krasnov MS, Yamskova VP, Lozinsky VI. Cryostructuring of polymeric systems: 57 Spongy wideporous cryogels based on the proteins of blood serum: preparation, properties and application as the carriers of peptide bioregulators. Gels. 2020; 6 (4): article 50. doi: 10.3390/gels6040050.

23. Краснов МС, Шайхалиев АИ, Коршаков ЕВ, Гасбанов ГА, Корголоев РС, Синицкая ЕС и др. Изменение состояния костной ткани крысы в зоне дефекта in vivo под действием криогенно-структурированной альбуминовой губки, содержащей биорегулятор. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2020; 170 (12): 800–804. doi: 10.47056/0365-9615-2020170-12-800-804.

24. Сидорский ЕВ, Ильина АП, Краснов МС, Ямскова ВП, Буряк АК, Ямсков ИА. Физико-химические свойства и биологическая активность пептидно-белкового комплекса из ткани склеры глаза быка. Прикладная биохимия и микробиология. 2018; 54 (1): 82–88. doi: 10.7868/S0555109918010117.

25. Rodionov IA, Grinberg NV, Burova TV, Grinberg VYa, Lozinsky VI. Cryostructuring of polymeric systems. 40. Proteinaceous wide-pore cryogels generated by the action of denaturant/reductant mixtures on bovine serum albumin in moderately-frozen aqueous media. Soft Matter. 2015; 11 (24): 4921–4931. doi: 10.1039/c4sm02814g.

26. Lozinsky VI, Kulakova VK, Grigoriev AM, Podorozhko EA, Kirsanova LA, Kirillova AD et al. Cryostructuring of polymeric systems: 63. Synthesis of two chemically tanned gelatin-based cryostructurates and evaluation of their potential as scaffolds for culturing of mammalian cells. Gels. 2022; 8 (11): article 695. doi: 10.3390/gels8110695.

27. Скрипникова ВС, Краснов МС, Березин ББ, Бабушкина ТА, Борисенко АВ, Измайлов БА и др. Биологически активный в сверхмалых дозах низкомолекулярный белок склеры. Доклады академии наук. 2007; 417 (5): 697–699.

28. Краснов МС, Григорян ЭН, Ямскова ВП. Модель органотипического культивирования сетчатки вместе с тканями заднего сектора глаза тритона для изучения действия адгезивных гликопротеинов. Известия РАН, Серия «Биология». 2003; (1): 22–36.

29. Ямскова ВП, Скрипникова ВС, Молявка АА, Ильина АП, Краснов МС, Маргасюк ДВ и др. Структурно-функциональные особенности нового биорегулятора, выделенного из ткани пигментного эпителия глаза быка. Биохимия. 2009; 74 (9): 1195–1203.