Для цитирования:
Saveleva M. S., Demina P. A. Composite hydrogel gellan gum-based materials with CaCO3 vaterite particles [Савельева М. С., Демина П. А. Композитные гидрогелевые материалы на основе геллановой камеди и частиц ватерита CaCO3] // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2023. Т. 23, вып. 3. С. 245-253. DOI: 10.18500/1817-3020-2023-23-3-245-253, EDN: NGCWHC
Composite hydrogel gellan gum-based materials with CaCO3 vaterite particles
[Композитные гидрогелевые материалы на основе геллановой камеди и частиц ватерита CaCO3]
Гидрогели представляют собой трехмерные полимерные связанные структуры, содержащие большое количество воды. Материалы на основе гидрогелей широко используются для тканевой инженерии. Однако низкая степень минерализации, слабые биомеханические свойства и слабая способность образовывать связь с костной тканью делают гидрогели непригодными для применения в качестве имплантов для регенерации костей. В настоящее время активно разрабатываются подходы к повышению биологической активности гидрогелей и их способности к минерализации. В данном исследовании описывается эффективный метод минерализации гидрогелей, основанном на синтезе карбоната кальция в гидрогелевой матрице при обработке ультразвуком. Были сформированы гидрогели на основе геллановой камеди с микрочастицами CaCO3 в полиморфной модификации ватерита, равномерно распределенными в матрице гидрогеля. Содержание CaCO3 в гидрогеле возможно контролировать количеством процедур при обработке ультразвуком. Таким образом, предложенная стратегия минерализации гидрогеля позволяет создавать функциональные композиционные материалы, перспективные для применения в инженерии костной ткани.
- Radulescu D.-M., Neacsu I. A., Grumezescu A.-M., Andronescu E. New Insights of Scaffolds Based on Hydrogels in Tissue Engineering. Polymers (Basel), 2022, vol. 14, iss. 4, article no. 799. https://doi.org/10.3390/polym14040799
- Chauhan N., Saxena K., Jain U. Hydrogel based materials: A progressive approach towards advancement in biomedical applications. Mater. Today Commun., 2022, vol. 33, article no. 104369. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2022.104369
- Hoffman A. S. Hydrogels for biomedical applications. Adv. Drug Deliv. Rev., 2012, vol. 64, pp. 18–23. https://doi.org/10.1016/j.addr.2012.09.010
- Kailasa S. K., Joshi D. J., Kateshiya M. R., Koduru J. R., Malek N. I. Review on the biomedical and sensing applications of nanomaterial-incorporated hydrogels. Mater. Today Chem., 2022, vol. 23, article no. 100746. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2021.100746
- Gkioni K., Leeuwenburgh S. C. G. G., Douglas T. E. L. L., Mikos A. G., Jansen J. A. Mineralization of Hydrogels for Bone Regeneration. Tissue Eng. Part B. Rev., 2010, vol. 16, pp. 577–585. https://doi.org/10.1089/ten.teb.2010.0462
- Douglas T., Wlodarczyk M., Pamula E., Declercq H., Mulder E. de, Bucko M., Balcaen L., Vanhaecke F., Cornelissen R., Dubruel P., Jansen J., Leeuwenburgh S. Enzymatic mineralization of gellan gum hydrogel for bone tissue-engineering applications and its enhancement by polydopamine. J. Tissue Eng. Regen. Med., 2014, vol. 8, pp. 906–918. https://doi.org/10.1002/term.1616
- Lopez-Heredia M. A., Lapa A., Mendes A. C., Balcaen L., Samal S. K., Chai F., Voort P. Van der, Stevens C. V., Parakhonskiy B. V., Chronakis I. S., Vanhaecke F., Blanchemain N., Pamuіa E., Skirtach A. G., Douglas T. E. L. Bioinspired, biomimetic, double-enzymatic mineralization of hydrogels for bone regeneration with calcium carbonate. Mater. Lett., 2017, vol. 190, iss. 1, pp. 13–16. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.12.122
- Schroder R., Pohlit H., Schuler T., Panthofer M., Unger R. E., Frey H., Tremel W. Transformation of vaterite nanoparticles to hydroxycarbonate apatite in a hydrogel scaffold: Relevance to bone formation. J. Mater. Chem. B, 2015, vol. 3, pp. 7079–7089. https://doi.org/10.1039/C5TB01032B
- Abalymov A., Lengert E., Meeren L. Van der, Saveleva M., Ivanova A., Douglas T. E. L., Skirtach A. G., Volodkin D., Parakhonskiy B. The influence of Ca/Mg ratio on autogelation of hydrogel biomaterials with bioceramic compounds. Mater. Sci. Eng. C, 2022, vol. 133, article no. 112632. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112632
- Tolba E., Müller W. E. G. Abd El-Hady B. M., Neufurth M., Wurm F., Wang S., Schröder H. C., Wang X. High biocompatibility and improved osteogenic potential of amorphous calcium carbonate/vaterite. J. Mater. Chem. B, 2016, vol. 4, pp. 376–386. https://doi.org/10.1039/C5TB02228B
- Campbell J., Ferreira A. M., Bowker L., Hunt J., Volodkin D., Vikulina A. Dextran and Its Derivatives: Biopolymer Additives for the Modulation of Vaterite CaCO3 Crystal Morphology and Adhesion to Cells. Adv. Mater. Interfaces, 2022, vol. 9, article no. 2201196. https://doi.org/10.1002/admi.202201196
- Trushina D. B., Bukreeva T. V., Kovalchuk M. V., Antipina M. N. CaCO3 vaterite microparticles for biomedical and personal care applications. Mater. Sci. Eng. C, 2014, vol. 45, pp. 644–658. https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.04.050
- Svenskaya Y. I., Fattah H., Zakharevich A. M., Gorin D. A., Sukhorukov G. B., Parakhonskiy B. V. Ultrasonically assisted fabrication of vaterite submicronsized carriers. Adv. Powder Technol., 2016, vol. 27, iss. 2, pp. 618–624. https://doi.org/10.1016/j.apt.2016.02.014
- Maeda H., Maquet V., Kasuga T., Chen Q. Z., Roether J. A., Boccaccini A. R. Vaterite deposition on biodegradable polymer foam scaffolds for inducing bone-like hydroxycarbonate apatite coatings. J. Mater. Sci. Mater. Med., 2007, vol. 18, pp. 2269–2273. https://doi.org/10.1007/s10856-007-3108-4
- Vuola J., Göransson H., Böhling T., Asko-Seljavaara S. Bone marrow induced osteogenesis in hydroxyapatite and calcium carbonate implants. Biomaterials, 1996, vol. 17, iss. 18, pp. 1761–1766. https://doi.org/10.1016/0142-9612(95)00351-7
- Das M., Giri T. K. Hydrogels based on gellan gum in cell delivery and drug delivery. J. Drug Deliv. Sci. Technol., 2020, vol. 56, article no. 101586. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2020.101586
- Stevens L. R., Gilmore K. J., Wallace G. G., in het Panhuis M. Tissue engineering with gellan gum. Biomater. Sci., 2016, vol. 4, pp. 1276–1290. https://doi.org/10.1039/C6BM00322B
- Lopez-Heredia M. A., Łapa A., Reczyńska K., Pietryga K., Balcaen L., Mendes A. C., Schaubroeck D., Voort P. Van Der, Dokupil A., Plis A., Stevens C. V., Parakhonskiy B. V., Samal S. K., Vanhaecke F., Chai F., Chronakis I. S., Blanchemain N., Pamuіa E., Skirtach A. G., Douglas T. E. L. Mineralization of gellan gum hydrogels with calcium and magnesium carbonates by alternate soaking in solutions of calcium/magnesium and carbonate ion solutions. J. Tissue Eng. Regen. Med., 2018, vol. 12, pp. 1825–1834. https://doi.org/10.1002/term.2675
- Abalymov A., Meeren L. Van der, Skirtach A. G., Parakhonskiy B. V. Identification and Analysis of Key Parameters for the Ossification on Particle Functionalized Composites Hydrogel Materials. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, vol. 12, iss. 35, pp. 38862–38872. https://doi.org/10.1021/acsami.0c06641
- Savelyeva M. S., Abalymov A. A., Lyubun G. P., Vidyasheva I. V., Yashchenok A. M., Douglas T. E. L., Gorin D. A., Parakhonskiy B. V. Vaterite coatings on electrospun polymeric fibers for biomedical applications. J. Biomed. Mater. Res. Part A, 2017, vol. 105, pp. 94–103. https://doi.org/10.1002/jbm.a.35870
- Douglas T. E. L., Piwowarczyk W., Pamula E., Liskova J., Schaubroeck D., Leeuwenburgh S. C. G., Brackman G., Balcaen L., Detsch R., Declercq H., Cholewa-Kowalska K., Dokupil A., Cuijpers V. M. J. I., Vanhaecke F., Cornelissen R., Coenye T., Boccaccini A. R., Dubruel P. Injectable self-gelling composites for bone tissue engineering based on gellan gum hydrogel enriched with different bioglasses. Biomed. Mater., 2014, vol. 9, article no. 045014. https://doi.org/10.1088/1748-6041/9/4/045014
- Parakhonskiy B. V., Haase A., Antolini R. Sub-Micrometer Vaterite Containers: Synthesis, Substance Loading, and Release. Angew. Chemie, 2012, vol. 124, pp. 1221–1223. https://doi.org/10.1002/ange.201104316
- Bail A. Le, Ouhenia S., Chateigner D. Microtwinning hypothesis for a more ordered vaterite model. Powder Diffr., 2012, vol. 26, iss. 1, pp. 16–21. https://doi.org/10.1154/1.3552994
- Sitepu H. Texture and structural refinement using neutron diffraction data from molybdite (MoO3) and calcite (CaCO3) powders and a Ni-rich Ni50.7Ti49.30 alloy. Powder Diffr., 2009, vol. 24, iss. 4, pp. 315–326. https://doi.org/10.1154/1.3257906
- Saveleva M., Prikhozhdenko E., Gorin D., Skirtach A. G., Yashchenok A., Parakhonskiy B. Polycaprolactone-Based, Porous CaCO3 and Ag Nanoparticle Modified Scaffolds as a SERS Platform With MoleculeSpecific Adsorption. Front. Chem., 2020, vol. 7, pp. 1-11. https://doi.org/10.3389/fchem.2019.00888
- Bellini D., Cencetti C., Meraner J., Stoppoloni D., D’Abusco A. S., Matricardi P. An in situ gelling system for bone regeneration of osteochondral defects. Eur. Polym. J., 2015, vol. 72, pp. 642–650. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2015.02.043
- Robinson G., Manning C. E., Morris E. R. Conformation and Physical Properties of the Bacterial Polysaccharides Gellan, Welan, and Rhamsan. In: Dickinson E., ed. Food Polymers, Gels and Colloids. Woodhead Publ., 1991, pp. 22–33. https://doi.org/10.1533/9781845698331.22
- Saveleva M. S., Ivanov A. N., Chibrikova J. A., Abalymov A. A., Surmeneva M. A., Surmenev R. A., Parakhonskiy B. V., Lomova M. V., Skirtach A. G., Norkin I. A. Osteogenic Capability of Vaterite-Coated Nonwoven Polycaprolactone Scaffolds for In Vivo Bone Tissue Regeneration. Macromol. Biosci., 2021, vol. 21, article no. 2100266. https://doi.org/10.1002/mabi.202100266
- Svenskaya Y. I., Navolokin N. A., Bucharskaya A. B., Terentyuk G. S., Kuz’mina A. O., Burashnikova M. M., Maslyakova G. N., Lukyanets E. A., Gorin D. A. Calcium carbonate microparticles containing a photosensitizer photosens: Preparation, ultrasound stimulated dye release, and in vivo application. Nanotechnologies Russ., 2014, vol. 9, pp. 398–409. https://doi.org/10.1134/S1995078014040181
- Saveleva M. S., Lengert E. V., Verkhovskii R. A., Abalymov A. A., Pavlov A. M., Ermakov A. V., Prikhozhdenko E. S., Shtykov S. N., Svenskaya Y. I. CaCO3-based carriers with prolonged release properties for antifungal drug delivery to hair follicles. Biomater. Sci., 2022, vol. 10, pp. 3323–3345. https://doi.org/10.1039/D2BM00539E
- 829 просмотров