Application of sodium lactate and sodium citrate to modify biofunctional properties of denatured collagen hydrogel: experimental results

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Objective. To evaluate the mechanical strength, biodegradability, and functional response of human fibroblasts to a collagen hydrogel modified with lactate and citric acid salts.

Materials and methods. Denatured type I collagen (First Alive Collagen, Russia) and 80 mM sodium lactate and sodium citrate solutions were used in the study. The mechanical properties of the samples were analyzed using a TX-700 texture analyzer (Lamy Rheology Instruments, France). The biological properties of the materials were assessed according to the standards set forth in GOST ISO 10993-5-2011. The cellular response of human fibroblasts to the biomaterials was assessed using light and fluorescence microscopy. Cell viability was assessed using the CCK-8 reagent kit (WST-8). The amount of collagen and fibronectin was assessed using ELISA kits (Cloud-Clone Corp.).

Results. Modifying collagen hydrogel with tricarboxylic acid salts resulted in hydrogel biomaterials with enhanced strength and resistance to biodegradation. The resulting modified hydrogels exhibited high biocompatibility and the ability to support fibroblast growth and proliferative activity. The ability of a hydrogel modified with a citric acid salt to stimulate fibroblast production of extracellular matrix proteins was demonstrated.

Conclusion. Thus, these results complement the literature and demonstrate that lactic or citric acid salts increase the resistance of collagen hydrogel to biodegradation while maintaining the hydrogel's high biocompatibility. Furthermore, the use of sodium citrate was found to regulate the cellular functional response, specifically the production of extracellular matrix proteins – type I collagen and fibronectin – by fibroblasts. Controlling excessive fibroblast activation and unregulated deposition of extracellular matrix proteins is of interest both in developing an effective strategy for addressing excessive connective tissue growth and fibrosis, and for inhibiting fibrous encapsulation of implanted biomaterials.

About the authors

P. A. Markov

National Medical Research Center of Rehabilitation and Balneology, Ministry of Health of Russia

Author for correspondence.
Email: p.a.markov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4803-4803
SPIN-code: 7493-5203

Candidate of Biological Sciences

Russian Federation, Moscow

P. S. Eremin

National Medical Research Center of Rehabilitation and Balneology, Ministry of Health of Russia

Email: p.a.markov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8832-8470
SPIN-code: 8597-6596
Russian Federation, Moscow

E. A. Rozhkova

National Medical Research Center of Rehabilitation and Balneology, Ministry of Health of Russia

Email: p.a.markov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2440-9244
SPIN-code: 1578-6338

Biol.D

Russian Federation, Moscow

References

  1. Davison-Kotler E., Marshall W.S., Garcia-Gareta E. Sources of Collagen for Biomaterials in Skin Wound Healing. Bioengineering (Basel). 2019; 6 (3): 56. doi: 10.3390/bioengineering6030056
  2. Patil V.A., Masters K.S. Engineered Collagen Matrices. Bioengineering (Basel). 2020; 7 (4): 163. doi: 10.3390/bioengineering7040163
  3. Salvatore L., Gallo N., Natali M.L. et al. Mimicking the Hierarchical Organization of Natural Collagen: Toward the Development of Ideal Scaffolding Material for Tissue Regeneration. Front Bioeng Biotechnol. 2021; 9: 644595. doi: 10.3389/fbioe.2021.644595
  4. Qin D., Wang N., You X.G. et al. Collagen-based biocomposites inspired by bone hierarchical structures for advanced bone regeneration: ongoing research and perspectives. Biomater Sci. 2022; 10 (2): 318–53. doi: 10.1039/d1bm01294k
  5. Li X., Zhang Q., Yu S.M. et al. The Chemistry and Biology of Collagen Hybridization. J Am Chem Soc. 2023; 145 (20): 10901–16. doi: 10.1021/jacs.3c00713
  6. Pires Figueiredo M., Rodriguez-Fernández S., Copes F. et al. Review of collagen type I-based hydrogels: focus on composition-structure-properties relationships. NPJ Biomed Innov. 2025; 2 (1): 16. doi: 10.1038/s44385-025-00018-w
  7. Еремин П.С., Рожкова Е.А., Марков П.А. Модификация и характеристика биофункциональных свойств коллагенсодержащих ксерогелей медицинского назначения: результаты экспериментального исследования. Вестник восстановительной медицины. 2025; 24 (3): 29–37 [Eremin P.S., Rozhkova E.A., Markov P.A. Modification and Characteristics of Biofunctional Properties of Collagen-Containing Xerogels for Medical Purposes: Results of the Experimental Study. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2025; 24 (3): 29–37 (in Russ.)]. doi: 10.38025/2078-1962-2025-24-3-29-37
  8. Islam M.M., AbuSamra D.B., Chivu A. et al. Optimization of Collagen Chemical Crosslinking to Restore Biocompatibility of Tissue-Engineered Scaffolds. Pharmaceutics. 2021; 13 (6): 832. doi: 10.3390/pharmaceutics13060832
  9. Cumming M.H., Leonard A.R., LeCorre-Bordes D.S. et al. Intra-fibrillar citric acid crosslinking of marine collagen electrospun nanofibres. Int J Biol Macromol. 2018; 114: 874–81. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.03.180
  10. Jayachandran B., Parvin T.N., Alam M.M. et al. Insights on Chemical Crosslinking Strategies for Proteins. Molecules. 2022; 27 (23): 8124. doi: 10.3390/molecules27238124
  11. Xu H., Li Sh., Xu L. et al. Low-temperature crosslinking of proteins using non-toxic citric acid in neutral aqueous medium: Mechanism and kinetic study. Industrial Crops and Products. 2015; 74: 234–40. doi: 10.1016/j.indcrop.2015.05.010
  12. Zan J., Qian G., Deng F. et al. Dilemma and breakthrough of biodegradable poly-l-lactic acid in bone tissue repair. Journal of Materials Research and Technology. 2022; 17: 2369–87. doi: 10.1016/j.jmrt.2022.01.164
  13. Salihu R., Abd Razak S.I., Zawawi N.A. et al. Citric acid: A green cross-linker of biomaterials for biomedical applications. European Polymer Journal. 2021; 146 (Pt 2): 110271. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2021.110271
  14. Lin H., Wang X., Chung M. et al. Direct fibroblast reprogramming: an emerging strategy for treating organic fibrosis. J Transl Med. 2025; 23 (1): 240. doi: 10.1186/s12967-024-06060-3
  15. Mishra T., Wairkar S. Pathogenesis, attenuation, and treatment strategies for keloid management. Tissue Cell. 2025; 94: 102800. doi: 10.1016/j.tice.2025.102800

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».