Ученые НИЦ "Курчатовский институт" и МФТИ предложили новый пористый покровный материал для заживления ран на основе С-фикоцианина и хитозана. Результаты работы были опубликованы в журнале BioTech.
Основное действующее вещество нового материала – С-фикоцианин, вспомогательный пигмент фотосинтеза цианобактерий рода Arthrospira (коммерческое название Спирулина). Он обладает антиоксидантными, ранозаживляющими, антимикробными и противовоспалительными свойствами.
"Микроорганизмы рода Arthrospira на данный момент составляют свыше 30% от общемирового производства биомассы фототрофных микроорганизмов, – рассказывает Яна Сергеева, старший научный сотрудник отделения биоэнергетики Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. – В нашей лаборатории активно ведутся исследования по культивированию цианобактерии B-12619 и выделению из полученной биомассы ценных биологически активных соединений. И С-фикоцианин представляет для нас особый интерес".
"Это вещество синтезируется цианобактерией и действует как любые растения с противовоспалительными свойствами — запускает восстанавливающие биохимические процессы. Но для его использования необходима правильная концентрация, – объясняет Тимофей Григорьев, директор ИНБИКСТ (Института нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных наук и технологий) МФТИ, – Большое количество биологически активного вещества не всегда полезно: как говорил Парацельс, "все есть лекарство и все есть яд".
Для создания медицинского материала с использованием С-фикоцианина нужна основа, которая станет "носителем" вещества. В качестве наиболее подходящего варианта ученые предложили губку, созданную на основе полимера из панцирей крабов – хитозана. Это высокопористый материал: он содержит всего 2 процента полимера, а все остальное – свободные поры, которые могут отлично поглощать жидкость.
"Мы нашли решение на стыке физики и химии. Использовав сублимационную сушку, с помощью которой обычно выделяют вещество из раствора, мы как физики увидели, что если правильно "пройти" между жидкой, твердой и газообразной фазами, варьируя давление и температуру, можно в определённых условиях "испарить" лёд. Именно этот метод дает нам требуемую структуру, – рассказывает Тимофей Григорьев. – Полимер – это цепочечные макромолекулы и в растворе при заморозке кристаллы льда "выдавливают" их в межфазное пространство. "Испаряем" лед и получаем стабильную форму с взаимосоединенными микропорами, которые по своим свойствам идеально подходят для клеток кожи. При этом мы используем природные материалы, и очень важно, что это не белки млекопитающих, которые могут вызывать иммунный ответ организма".
В ходе эксперимента С-фикоцианин был инкапсулирован в полимерную матрицу посредством погружения хитозановой губки в раствор. Эффективность инкапсуляции была выше 90%. При исследовании применимости хитозановой губки в качестве ранозаживляющего покровного материала в опытах in vitro было установлено, что в течение первого часа высвобождалось около 50% С-фикоцианина, а максимальная концентрация достигалась через 5-7 часов и оставалась на постоянном уровне в течение последующих 19 часов.
"Таким образом, С-фикоцианин является перспективным компонентом ранозаживляющих материалов, а его включение в полимерную матрицу позволит регулировать скорость его высвобождения. В результате наших исследований был получен аэрогель, который в дальнейшем можно использовать в качестве эффективного и экологичного покровного материала для заживления ран", – резюмирует Яна Сергеева.