Антибактериальные коллаген-гуаровые гидрогели с ZIF-67: инновационная платформа для заживления ран

Введение

Современные разработки в области перевязочных материалов для заживления ран сталкиваются с проблемой сочетания антибактериального эффекта и отсутствия цитотоксичности по отношению к клеткам, участвующим в процессе заживления. Одним из перспективных решений является использование металлоорганических каркасов (MOF), в частности Zeolitic Imidazolate Framework-67 (ZIF-67), содержащего кобальт, который обладает широким спектром антимикробного действия.

Цель исследования

Целью данной работы было создание полупроникающих полимерных сетей (semi-IPN) гидрогелей на основе коллагена и камеди гуара с добавлением ZIF-67 (1-3% по массе) для разработки биокомпозитов с регулируемыми структурными и функциональными свойствами.

Методы

Исследователи разработали гидрогели, включив в матрицу коллагена и камеди гуара ZIF-67 в различных концентрациях. Были изучены:

• морфология композитов (фибриллярно-гранулярная структура);
• распределение ионов кобальта на поверхности;
• антибактериальная активность против Escherichia coli (E. coli);
• физико-химические свойства (гелеобразование, термостабильность, устойчивость к гидролизу);
• способность к контролируемому высвобождению куркумина;
• биосовместимость (метаболическая активность моноцитов и фибробластов, секреция IL-10, гемолитическая активность).

Результаты

Гидрогели с 3% ZIF-67 демонстрировали ускоренное гелеобразование, усиленные сшивающие взаимодействия, повышенный модуль накопления, термостабильность и устойчивость к гидролизу. При этом композиты с 1% ZIF-67 показали эффективное контролируемое высвобождение куркумина в физиологических условиях и значительную биодеградацию в присутствии коллагеназы.

In vitro тесты подтвердили, что гидрогели поддерживают метаболическую активность моноцитов и фибробластов, стимулируют пролиферацию клеток и увеличивают секрецию IL-10. Кроме того, отсутствие гемолитического эффекта в человеческой крови подтвердило безопасность материала.

Выводы

Разработанные гидрогели на основе коллагена, камеди гуара и ZIF-67 представляют собой перспективную платформу для лечения ран благодаря:

• высокой антибактериальной активности;
• регулируемым физико-химическим свойствам;
• способности к контролируемому высвобождению лекарственных веществ;
• отличной биосовместимости и отсутствию цитотоксичности.

Эти свойства делают их пригодными для использования в качестве современных перевязочных материалов.

Термины и сокращения

• ZIF-67 (Zeolitic Imidazolate Framework-67) — металлоорганический каркас на основе кобальта, обладающий антимикробными свойствами.
• MOF (Metal-Organic Framework) — металлоорганические каркасы, пористые материалы с высокой площадью поверхности.
• semi-IPN (semi-interpenetrating polymer network) — полупроникающая полимерная сеть, в которой одна полимерная цепь проникает в другую без образования ковалентных связей.
• IL-10 (Interleukin-10) — противовоспалительный цитокин, играющий важную роль в заживлении ран.