Антибактериальное раневое покрытие на основе хитозана и повидона, полученное методом 3D-печати
- Авторы: Головко К.П.1,2, Юдин В.Е.3, Овчинников Д.В.1, Барсук И.А.1, Иванькова Е.М.1,3, Александров В.Н.1,4, Нащекина Ю.А.2,5, Гордина Е.М.6, Божкова С.А.6
-
Учреждения:
- Военно-медицинская академия
- Санкт-Петербургский государственный университет
- Институт высокомолекулярных соединений РАН
- Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет
- Институт цитологии РАН
- Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
- Выпуск: Том 43, № 1 (2024)
- Страницы: 23-34
- Раздел: Оригинальные исследования
- URL: https://ogarev-online.ru/RMMArep/article/view/256998
- DOI: https://doi.org/10.17816/rmmar626501
- ID: 256998
Цитировать
Аннотация
Целью настоящего исследования являлись разработка антимикробного раневого покрытия, изготовленного методом 3D-печати, на основе хитозана и поливинилпирролидона и последующее исследование его свойств in vitro и in vivo с целью улучшения исходов лечения глубоких ожогов.
Материалы и методы. Полученное покрытие состояло из 4 % гидрогеля среднемолекулярного хитозана с добавлением 1 % повидон-йода и дермальных фибробластов. После трансплантации область раны с покрытием защищалась наложением пленки «Фолидерм». Для формирования покрытия использовался экструзионный 3D-биопринтер, параметры печати которого были определены экспериментально. Полученные образцы первоначально детально изучены in vitro. Были выполнены сканирующая электронная микроскопия для оценки микроархитектуры покрытия и ее взаимодействия с дермальными фибробластами, колориметрический тест для оценки метаболической активности клеток и анализа цитотоксичности, анализ антимикробной активности по отношению к эталонным штамам Staphylococcus aureus. Далее выполнен эксперимент по оценке свойств покрытия in vivo. Исследование проведено на 19 самцах крыс линии Wistar. В качестве наносимой травмы выбран глубокий термический контактный ожог (омертвление всех слоев кожи и подкожно-жировой ткани) площадью около 20 см2. Животных разделили на три группы: опытную (с применением разработанного покрытия), сравнительную (с использованием традиционного и широко распространенного метода лечения мазью «Левомеколь») и контрольную (без лечения). Период наблюдения составил 38 сут.
Результаты исследования показали, что разработанное покрытие имеет высокую биосовместимость, атравматичность, эластичность и адгезию к ране. Использование хитозана позволило получить пористую структуру, причем поры образуют каналы, расположенные параллельно друг другу. Клетки в составе покрытия распластаны и хорошо распределены по поверхности матрицы (по стенкам пор). Добавление в состав полимера повидон-йода в концентрации 1 % позволило добиться высокой противомикробной активности без значимого влияния на активность включенных в состав клеток. Эксперимент c применением покрытия для лечения глубокого термического ожога показал, что разработанное покрытие оказывало положительное влияние на ход раневого процесса, заключающееся в более высокой скорости эпителизации и значительно меньшей частоте возникновения инфекционных осложнений на фоне других экспериментальных групп. При гистологическом исследовании опытная группа также превосходила контрольную и группу сравнения по качеству формируемой грануляционной ткани, числу новообразованных капилляров и выраженности местного воспалительного процесса.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Константин Петрович Головко
Военно-медицинская академия; Санкт-Петербургский государственный университет
Email: izvestiavmeda@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1584-1748
докт. мед. наук, доцент
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургВладимир Евгеньевич Юдин
Институт высокомолекулярных соединений РАН
Email: yudin@hq.macro.ru
ORCID iD: 0000-0002-5517-4767
докт. физ.-мат. наук, профессор
Россия, Санкт-ПетербургДмитрий Валерьевич Овчинников
Военно-медицинская академия
Email: izvestiavmeda@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8408-5301
канд. мед. наук, доцент
Россия, Санкт-ПетербургИлья Александрович Барсук
Военно-медицинская академия
Автор, ответственный за переписку.
Email: izvestiavmeda@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3728-9966
Россия, Санкт-Петербург
Елена Михайловна Иванькова
Военно-медицинская академия; Институт высокомолекулярных соединений РАН
Email: ivelen@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4823-0695
канд. физ.-мат. наук
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургВиктор Николаевич Александров
Военно-медицинская академия; Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет
Email: vnaleks9@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0001-9229-5293
докт. мед. наук, профессор
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургЮлия Александровна Нащекина
Санкт-Петербургский государственный университет; Институт цитологии РАН
Email: nashchekina.yu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4371-7445
канд. биол. наук
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургЕкатерина Михайловна Гордина
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
Email: emgordina@win.rniito.ru
ORCID iD: 0000-0003-2326-7413
канд. мед. наук
Россия, Санкт-ПетербургСветлана Анатольевна Божкова
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
Email: info@rniito.ru
ORCID iD: 0000-0002-2083-2424
докт. мед. наук, профессор
Россия, Санкт-ПетербургСписок литературы
- Fan L., Yang H., Yang J., Hu J. Preparation and characterization of chitosan/gelatin/PVA hydrogel for wound dressings // Carbohydr. Polym. 2016. Vol. 146. P. 427–434. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.03.002
- Jayakumar R., Prabaharan M., Kumar P.S., et. al. Biomaterials based on chitin and chitosan in wound dressing applications // Biotechnol. Adv. 2011. Vol. 29, N. 3. P. 322–337. doi: 10.1016/j.biotechadv.2011.01.005
- Rath G., Hussain T., Chauhan G., et. al. Development and characterization of cefazolin-loaded zinc oxide nanoparticles composite gelatin nanofiber mats for postoperative surgical wounds // Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 2016. Vol. 58. P. 242–253. doi: 10.1016/j.msec.2015.08.050
- Khorasani M.T., Joorabloo A., Adeli H., et. al. Design and optimization of process parameters of polyvinyl (alcohol)/chitosan/nano zinc oxide hydrogels as wound healing materials // Carbohydr. Polym. 2019. Vol. 207. P. 542–554. doi: 10.1016/j.carbpol.2018.12.021
- Supare V., Wadher K., Umekar M. Experimental design: Approaches and applications in development of pharmaceutical drug delivery system // Journal of Drug Delivery and Therapeutics. 2021. Vol. 11, N. 4-S. P. 154–161. doi: 10.22270/jddt.v11i4-S.4908
- Croisier F., Jérôme C. Chitosan-based biomaterials for tissue engineering // European Polymer Journal. 2013. Vol. 49, N. 4. P. 780–792. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2012.12.009
- Ahmed S., Ikram S. Chitosan Based Scaffolds and Their Applications in Wound Healing // Achievements in the Life Sciences. 2016. Vol. 10, N. 1. P. 27–37. doi: 10.1016/j.als.2016.04.001
- Cardoso A.M., de Oliveira E.G., Coradini K., et al. Chitosan hydrogels containing nanoencapsulated phenytoin for cutaneous use: Skin permeation/penetration and efficacy in wound healing // Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 2019. Vol. 96. P. 205–217. doi: 10.1016/j.msec.2018.11.013
- Морозов А.М., Беляк М.А. О возможности применения повидон-йода в хирургической практике // Амбулаторная хирургия. 2021. Т. 18, № 2. С. 68–76. doi: 10.21518/1995-1477-2021-18-2-68-76
- Каторкин С.Е., Быстров С.А., Безбородов А.И., и др. Применение раствора повидон-йода при операциях на прямой кишке // РМЖ. Медицинское обозрение. 2018. № 2 (2). С. 52–55.
- Franco P., De Marco I. The Use of Poly(N-vinyl pyrrolidone) in the Delivery of Drugs: A Review // Polymers (Basel). 2020. Vol. 12, N. 5. P. 1114. doi: 10.3390/polym12051114
- De Lima G.G., de Lima D.W., de Oliveira M.J., et. al. Synthesis and in vivo behaviour of PVP/CMC/Agar hydrogel membranes impregnated with silver nanoparticles for wound healing applications // ACS Appl. Bio Mater. 2018. Vol. 1, N. 6. P. 1842–1852. doi: 10.1021/acsabm.8b00369
- Ramalingam V., Varunkumar K., Ravikumar V., Rajaram R. Target delivery of doxorubicin tethered with PVP stabilized gold nanoparticles for effective treatment of lung cancer // Sci. Rep. 2018. Vol. 8, N. 1. P. 3815. doi: 10.1038/s41598-018-22172-5
- Zhao P., Gu H., Mi H., et al. Fabrication of scaffolds in tissue engineering: A review // Frontiers of Mechanical Engineering. 2017. Vol. 13, N. 1. P. 107–119. doi: 10.1007/s11465-018-0496-8
- Eltom A., Zhong G., Muhammad A. Scaffold Techniques and Designs in Tissue Engineering Functions and Purposes: A Review // Advances in Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 2019, N. 4. P. 1–13. doi: 10.1155/2019/3429527
- Long J., Etxeberria A.E., Nand A.V., et. al. A 3D printed chitosan-pectin hydrogel wound dressing for lidocaine hydrochloride delivery // Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 2019. Vol. 104. P. 109873. doi: 10.1016/j.msec.2019.109873
- Bergonzi C., Bianchera A., Remaggi G., et. al. 3D Printed Chitosan/Alginate Hydrogels for the Controlled Release of Silver Sulfadiazine in Wound Healing Applications: Design, Characterization and Antimicrobial Activity // Micromachines (Basel). 2023. Vol. 14, N. 1. P. 137. doi: 10.3390/mi14010137
- Kollamaram G., Croker D.M., Walker G.M., et al. Low temperature fused deposition modeling (FDM) 3D printing of thermolabile drugs // International Journal of Pharmaceutics. 2018. Vol. 545. N. 1. P. 144–152. doi: 10.1016/j.ijpharm.2018.04.055
- Okwuosa T.C., Stefaniak D., Arafat B., et al. A Lower Temperature FDM 3D Printing for the Manufacture of Patient-Specific Immediate Release Tablets // Pharm. Res. 2016. Vol. 33, N. 11. P. 2704–2712. doi: 10.1007/s11095-016-1995-0
- Dores F., Kuźmińska M., Soares C., et al. Temperature and solvent facilitated extrusion based 3D printing for pharmaceuticals // Eur. J. Pharm. Sci. 2020. Vol. 152. P. 105430. doi: 10.1016/j.ejps.2020.105430
- Рационализаторское предложение № 15307/2 от 07.02.2022. Глушаков Р.И., Кокорина А.А., Пюрвеев С.С. Способ инъекционного наркоза крыс и кроликов для проведения длительных операций в научных целях.
- Патент РФ на изобретение № 2023101459/ 27.04.2023. Бюл. № 12. Барсук И.А., Головко К.П., Александров В.Н. Способ моделирования термических ожоговых ран различной степени тяжести у лабораторных животных.
- Шарафутдинова И.Р., Мустафина З.З., Габитова А.Я., и др. Инновационные технологии в мониторинге скорости заживления ран // Международный студенческий научный вестник. 2018. № 4-1. С. 177–179. EDN: UPBTCG
- Ivan’kova E.M., Dobrovolskaya I.P., Popryadukhin P.V., et al. In-situ cryo-SEM investigation of porous structure formation of chitosan sponges // Polymer Testing. 2016. Vol. 52. P. 41–45. doi: 10.1016/j.polymertesting.2016.03.018
- Добровольская И.П., Юдин В.Е., Попрядухин П.В., Иванькова Е.М. Полимерные матрицы для тканевой инженерии. Монография. Санкт-Петербург: Издательско-полиграфическая ассоциация университетов России, 2016. 223 с.
Дополнительные файлы
