Том 29 № 1 (2025)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

Исследование биосовместимости желатинов А и В после стерилизации различными способами

PDF
  • И.И. Ким,
  • М.А. Суровцева,
  • И.Ю. Журавлева,
  • Н.А. Бондаренко,
  • Е.В. Чепелева,
  • И.В. Зайцева,
  • Ю.В. Зайцева,
  • Н.В. Суровцев,
  • О.В. Повещенко
И.И. Ким
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск; Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск
Bio
М.А. Суровцева
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск; Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск
И.Ю. Журавлева
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск
Н.А. Бондаренко
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск; Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск
Е.В. Чепелева
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск; Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск
И.В. Зайцева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск
Ю.В. Зайцева
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск
Н.В. Суровцев
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск
О.В. Повещенко
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск; Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск
DOI: https://doi.org/10.21688/1681-3472-2025-1-75-88

Опубликован 28.04.2025

Ключевые слова

  • автоклавирование,
  • биосовместимость,
  • желатин,
  • стерилизация,
  • ультрафиолетовое облучение,
  • этиленоксид
    • ...Показать
    Скрыть

Как цитировать

Ким, И., Суровцева, М., Журавлева, И., Бондаренко, Н., Чепелева, Е., Зайцева, И., Зайцева, Ю., Суровцев, Н., & Повещенко, О. (2025). Исследование биосовместимости желатинов А и В после стерилизации различными способами. Патология кровообращения и кардиохирургия, 29(1), 75–88. https://doi.org/10.21688/1681-3472-2025-1-75-88

Copyright (c) 2025 Ким И.И., Суровцева М.А., Журавлева И.Ю., Бондаренко Н.А., Чепелева Е.В., Зайцева И.В., Зайцева Ю.В., Суровцев Н.В., Повещенко О.В.

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Аннотация

Актуальность. Надежная стерилизация гидрогелей на основе желатина имеет решающее значение для клинического применения многих функциональных конструкций биопроизводства для кардиохирургии. Однако методы стерилизации могут оказывать нежелательное воздействие на свойства гидро­гелей природного происхождения, которые используются как герметики сосудов, биочернила в 3D-биопечати, скаффолды в тканевой инженерии.

Цель. Изучить влияние различных способов стерилизации на биосовместимость и структурную организацию желатинов А и В.

Методы. Желатины А и В стерилизовали ультрафиолетовым облучением, автоклавированием и этиленоксидом. После стерилизации оценивали цитотоксичность желатиновых гидро­гелей; пролиферацию и адгезию эндотелиальных клеток линии EA.hy926, уровень экспрессии молекул адгезии на клетках. Для оценки структуры гидрогелей использовали комбинационное рассеяние света и спектроскопию инфракрасного поглощения; процесс денатурации желатинов изучали методом дифференциальной сканирующей калориметрии.

Результаты. Исследуемые способы стерилизации не вызывали цитотоксического эффекта желатинов А и В. Стерилизация желатина В1 ультрафиолетовым облучением и этиленоксидом снижала уровень пролиферации клеток линии EA.hy926 через 168 ч культивирования. Все виды стерилизации, за исключением ультрафиолетового облучения желатинов А1 и В1, уменьшали адгезию эндотелиальных клеток на ранних сроках по сравнению с контролем. Увеличение количества адгезированных клеток на всех желатинах по сравнению с контролем через 168 ч культивирования было обусловлено повышением уровня экспрессии молекул адгезии на эндотелиальных клетках. Исследуемые виды стерилизации не вызывали существенных химических изменений молекул желатина А и В. Однако стерилизация автоклавированием снижала температуру перехода денатурации в желатинах всех видов.

Заключение. Стерилизация ультрафиолетовым облучением и этиленоксидом существенно не влияет на химическую структуру и биосовместимость желатина А1, но сопровождается снижением биосовместимости других стерилизованных видов желатинов. Стерилизация желатинов А и В автоклавированием сопровождается изменением конформационного состояния образцов.

Поступила в редакцию 30 октября 2024 г. Исправлена 29 ноября 2024 г. Принята к печати 2 декабря 2024 г.

Финансирование
Работа выполнена в рамках государственного задания Минздрава России № 124022500251-0: приготовление, обработка и стерилизация желатинов, изучение цитотоксичности стерилизованных желатинов; государственных заданий Минобрнауки по темам № FWNR-2025-0016: разработка новых клеточных технологий, прототипов лекарственных средств, моделей их тестирования и изучение новых способов фармакологической коррекции патологических процессов; № FWNG-2024-0023: изучение структуры и процесса денатурации желатинов методами оптической спектроскопии (КРС, ИК, ДСК).

Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов
Концепция и дизайн работы: И.И. Ким, М.А. Суровцева, Н.А. Бондаренко, Е.В. Чепелева, Н.В. Суровцев, И.Ю. Журавлева, О.В. Повещенко
Сбор и анализ данных: И.И. Ким, М.А. Суровцева, Н.А. Бондаренко, Е.В. Чепелева, И.В. Зайцева, Ю.В. Зайцева, Н.В. Суровцев
Статистическая обработка данных: И.И. Ким, М.А. Суровцева, Н.А. Бондаренко, Е.В. Чепелева, И.В. Зайцева, Ю.В. Зайцева, Н.В. Суровцев
Написание статьи: И.И. Ким, М.А. Суровцева, Н.В. Суровцев
Исправление статьи: И.И. Ким, М.А. Суровцева, О.В. Повещенко
Утверждение окончательного варианта статьи: все авторы

PDF

Библиографические ссылки

  1. Gasperini L., Mano J.F., Reis R.L. Natural polymers for the microencapsulation of cells. J R Soc Interface. 2014;11(100):20140817. PMID: 25232055; PMCID: PMC4191114. https://doi.org/10.1098/rsif.2014.0817
  2. Zhao X., Irvine S.A., Agrawal A., Cao Y., Lim P.Q., Tan S.Y., Venkatraman S.S. 3D patterned substrates for bioartificial blood vessels — The effect of hydrogels on aligned cells on a biomaterial surface. Acta Biomater. 2015;26:159-168. PMID: 26297885. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2015.08.024
  3. Schweizer T.A., Shambat S.M., Haunreiter V.D., Mestres C.A., Weber A., Maisano F., Zinkernage A.S., Hasse B. Polyester vascular graft material and risk for intracavitary thoracic vascular graft infection. Emerg Infect Dis. 2020;26(10):2448-2452. PMID: 32946737; PMCID: PMC7510746. https://doi.org/10.3201/eid2610.191711
  4. Claaßen C., Dannecker M., Grübel J., Kotzampasi M.-E., Tovar G.E.M., Stanzel B.V., Borchers K. The choice of biopolymer is crucial to trigger angiogenesis with vascular endothelial growth factor releasing coatings. J Mater Sci Mater Med. 2020;31(11):93. PMID: 33108503; PMCID: PMC7591429. https://doi.org/10.1007/s10856-020-06424-3
  5. Шаданов А.А., Журавлева И.Ю., Самойлова Л.М., Тимченко Т.П., Владимиров С.В., Карпова Е.В., Лучников Н.Е., Сирота Д.А., Едемский А.Г., Богачев-Прокофьев А.В., Чернявский А.М. Оценка оригинального герметизирующего покрытия с антибактериальным эффектом для синтетических сосудистых протезов. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2023;27(1):38-46. https://doi.org/10.21688/1681-3472-2023-1-38-46 Shadanov A.A., Zhuravleva I.Yu., Samoylova L.M., Timchenko T.P., Vladimirov S.V., Karpova E.V., Luchnikov N.E., Sirota D.A., Edemskiy A.G., Bogachev-Prokofiev A.V., Chernyavskiy A.M. Evaluation of the original sealant with antibacterial effect for synthetic vascular grafts. Patologiya krovoobrashcheniya i kardiokhirurgiya = Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2023;27(1):38-46. (In Russ.) https://doi.org/10.21688/1681-3472-2023-1-38-46
  6. Schrieber R., Gareis H. Gelatine Handbook: Theory and Industrial Practice. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; 2007. 347 p.
  7. Sewald L., Claaßen C., Götz T., Claaßen M.H., Truffault V., Tovar G.E.M., Southan A., Borchers K. Beyond the modification degree: impact of raw material on physicochemical properties of gelatin type A and type B methacryloyls. Macromol Biosci. 2018;18(12):e1800168. PMID: 30286274. https://doi.org/10.1002/mabi.201800168
  8. Young S., Wong M., Tabata Y., Mikos A.G. Gelatin as a delivery vehicle for the controlled release of bioactive molecules. J Control Releas. 2005;109(1-3):256-274. PMID: 16266768. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2005.09.023
  9. Leu Alexa R., Iovu H., Ghitman J., Serafim A., Stavarache C., Marin M.-M., Ianchis R. 3D-printed gelatin methacryloyl-based scaffolds with potential application in tissue engineering. Polymers (Basel). 2021;13(5):727. PMID: 33673486; PMCID: PMC7956788. https://doi.org/10.3390/polym13050727
  10. Paxton N., Smolan W., Böck T., Melchels F., Groll J., Jungst T. Proposal to assess printability of bioinks for extrusion-based bioprinting and evaluation of rheological properties governing bioprintability. Biofabrication. 2017;9(4):044107. PMID: 28930091. https://doi.org/10.1088/1758-5090/aa8dd8
  11. Li Z., Huang S., Liu Y., Yao B., Hu T., Shi H., Xie J., Fu X. Tuning alginate-gelatin bioink properties by varying solvent and their impact on stem cell behavior. Sci Rep. 2018;8(1):8020. PMID: 29789674; PMCID: PMC5964146. https://doi.org/10.1038/s41598-018-26407-3
  12. O'Connell C.D., Onofrillo C., Duchi S., Li X., Zhang Y., Tian P., Lu L., Trengove A., Quigley A., Gambhir S., Khansari A., Mladenovska T., O'Connor A., Di Bella C., Choong P.F., Wallace G.G. Evaluation of sterilisation methods for bio-ink components: gelatin, gelatin methacryloyl, hyaluronic acid and hyaluronic acid methacryloyl. Biofabrication. 2019;11(3):035003. PMID: 30818298. https://doi.org/10.1088/1758-5090/ab0b7c
  13. Rizwan M., Chan S.W., Comeau P.A., Willett T.L., Yim E.K.F. Effect of sterilization treatment on mechanical properties, biodegradation, bioactivity and printability of GelMA hydrogels. Biomed Mater. 2020;15(6):065017. PMID: 32640427; PMCID: PMC7733554. https://doi.org/10.1088/1748-605X/aba40c
  14. Кузнецов В.Г., Кузнецов Р.К., Аскарова Р.Н. Стерилизация желатиновых растворов в технологии желатина. Вестник технологического университета. 2017;20(7):144-145. Kuznetsov V.G., Kuznetsov R.K., Askarova R.N. Sterilization of gelatin solutions in gelatin technology. Herald of Technological University. 2017;20(7):144-145. (In Russ.)
  15. Ouyang L., Yao R., Zhao Y., Sun W. Effect of bioink properties on printability and cell viability for 3D bioplotting of embryonic stem cells. Biofabrication. 2016;8(3):035020. PMID: 27634915. https://doi.org/10.1088/1758-5090/8/3/035020
  16. Jia W., Gungor-Ozkerim P.S., Zhang Y.S., Yue K., Zhu K., Liu W., Pi Q., Byambaa B., Dokmeci M.R., Shin S.R., Khademhosseini A. Direct 3D bioprinting of perfusable vascular constructs using a blend bioink. Biomaterials. 2016;106:58-68. PMID: 27552316; PMCID: PMC5300870. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2016.07.038
  17. ISO 10993-5. Biological evaluation of medical devices. Part 5: Tests for in vitro cytotoxicity. 3rd ed. Geneva: International Organization for Standardization Publ.; 2009.
  18. Galante R., Pinto T.J.A., Colaço R., Serro A.P. Sterilization of hydrogels for biomedical applications: a review. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2018;106(6):2472-2492. PMID: 29247599. https://doi.org/10.1002/jbm.b.34048
  19. Dai Z., Ronholm J., Tian Y., Sethi B., Cao X. Sterilization techniques for biodegradable scaffolds in tissue engineering applications. J Tissue Eng. 2016;7:2041731416648810. PMID: 27247758; PMCID: PMC4874054. https://doi.org/10.1177/2041731416648810
  20. Zhang X., Takegoshi K., Hikichi K. Phase separation and thermal degradation of poly(vinyl alcohol)/poly(methacrylic acid) and poly(vinyl alcohol)/poly(acrylic acid) systems by 13C c.p./m.a.s. n.m.r. Polymer. 1992;33(4):718-724. https://doi.org/10.1016/0032-3861(92)90327-S
  21. Gogolewski S., Mainil-Varlet P. Effect of thermal treatment on sterility, molecular and mechanical properties of various polylactides. 2. Poly(L/D-lactide) and poly(L/DL-lactide). Biomaterials. 1997;18(3):251-255. PMID: 9031727. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(96)00132-9
  22. Holy C.E., Cheng C., Davies J.E., Shoichet M.S. Optimizing the sterilization of PLGA scaffolds for use in tissue engineering. Biomaterials. 2000;22(1):25-31. PMID: 11085380. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(00)00136-8
  23. Huebsch N., Gilbert M., Healy K.E. Analysis of sterilization protocols for peptide-modified hydrogels. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2005;74(1):440-447. PMID: 15889434. https://doi.org/10.1002/jbm.b.30155
  24. Wachendörfer M., Schräder P., Buhl E.M., Palkowitz A.L., Messaoud G.B., Richtering W., Fischer H. A defined heat pretreatment of gelatin enables control of hydrolytic stability, stiffness, and microstructural architecture of fibrin–gelatin hydrogel blends. Biomater Sci. 2022;10(19):5552-5565. PMID: 35969162. https://doi.org/10.1039/d2bm00214k
  25. Barbucci R., Lamponi S., Borzacchiello A., Ambrosio L., Fini M., Torricelli P., Giardino R. Hyaluronic acid hydrogel in the treatment of osteoarthritis. Biomaterials. 2002;23(23):4503-4513. PMID: 12322970. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(02)00194-1
  26. Marreco P.R., da Luz Moreira P., Genari S.C., Moraes A.M. Effects of different sterilization methods on the morphology, mechanical properties, and cytotoxicity of chitosan membranes used as wound dressings. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2004;71(2):268-277. PMID: 15455369. https://doi.org/10.1002/jbm.b.30081
  27. Rodríguez-Rodríguez R., Velasquillo-Martínez C., Knauth P., López Z., Moreno-Valtierra M., Bravo-Madrigal J., Jiménez-Palomar I., Luna-Bárcenas G., Espinosa-Andrews H., García-Carvajal Z.Y. Sterilized chitosan-based composite hydrogels: physicochemical characterization and in vitro cytotoxicity. J Biomed Mater Res A. 2020;108(1):81-93. PMID: 31502406. https://doi.org/10.1002/jbm.a.36794
  28. Ruoslahti E., Pierschbacher M.D. Arg-Gly-Asp: a versatile cell recognition signal. Cell. 1986;44(4):517-518. PMID: 2418980. https://doi.org/10.1016/0092-8674(86)90259-x
  29. Ruskowitz E.R., DeForest C.A. Proteome-wide analysis of cellular response to ultraviolet light for biomaterial synthesis and modification. ACS Biomater Sci Eng. 2019;5(5):2111-2116. PMID: 33405713. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.9b00177
  30. Wu C.-K., Tsai J.-S., Sung W.-C. Functional characteristics of ultraviolet-irradiated tilapia fish skin gelatin. Molecules. 2019;24(2):254. PMID: 30641905; PMCID: PMC6359145. https://doi.org/10.3390/molecules24020254
  31. Ji C., Shi J. Thermal-crosslinked porous chitosan scaffolds for soft tissue engineering applications. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2013;33(7):3780-3785. PMID: 23910277. https://doi.org/10.1016/j.msec.2013.05.010