Исследование эффективности использования желатин-танниновых гидрогелей для доставки биологически-активных веществ на примере куркумина

Лечение ран - это сложный процесс, требующий комплексного подхода к лечению. В настоящее время активно разрабатываются гидрогелевые материалы, модифицированные биоактивными веществами (БАВ). Такие материалы являются альтернативой к повсеместно применяемым перевязочным материалам. Включение в их состав БАВ открывает путь к обеспечению требуемых свойств (антисептических, антиоксидантных и др.). Куркумин является представителем ряда полифлавоноидов, интенсивно исследуемых для подобного применения. Цель: в текущей работе рассматривается методика получения желатин-танниновых гидрогелей с БАВ (куркумин), а также эффективность выделения введенного вещества in vitro и особенности его связывания с полимерной матрицей. Материалы и методы. Объектом исследования являются желатин-танниновые гидрогели с куркумином. Структуру материалов исследовали с помощью ИК спектроскопии, сорбционные параметры определяли гравиметрически, высвобождение куркумина исследовали с помощью спектроскопии видимой области и анализировали с помощью общепринятых моделей фармокинетики. Результаты. В ходе работы были синтезированы гидрогелевые материалы на основе желатина и таннина с содержанием куркумина от 0,1 до 1,0%. Было установлено, что инкорпорирование куркумина в полимерную сетку прошло успешно и при набухании в дистиллированной воде куркумин из гидрогелей не высвобождается. Введение куркумина в рецептуру снизило сорбционную емкость гидрогелей в дистиллированной воде с 15 г/г до 7÷9 г/г. Наиболее оптимальной моделью, описывающей процесс выделения куркумина из материалов, была определена модель Хигучи (R²>0,95). С помощью описания кинетики выделения было определено, что максимальный релиз (22%) был достигнут при минимальном содержании куркумина в гидрогеле (0,1 масс.%) и минимальной скорости релиза. Заключение. Разработана методика синтеза желатин-танниновых гидрогелей с куркумином. Исследованы структура материалов, сорбционная емкость, способность к высвобождению БАВ. Показаны дальнейшие перспективы для включения в состав гидрогелей других БАВ гидрофобной природы.

1. Nguyen M.K., Alsberg E. Bioactive factor delivery strategies from engineered polymer hydrogels for therapeutic medicine. Prog Polym Sci. 2014;39(7):1236-1265. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2013.12.001.

2. Моргачева А.А., Артюхов А.А., Панов А.В., Гордиенко М.Г., Штильман М.И., Межуев Я.О. Синтез поливинилового спирта с метакрилатными группами и гидрогелей на его основе. Журнал прикладной химии. 2015;88(4):585-589. EDN: IBYWEB.

3. Сенокосова E.A., Резвова M.A., Севостьянова В.В., Матвеева В.В. Первые результаты создания гибридного гидрогеля на основе фибрина и поливинилового спирта: сравнение с монокомпонентными гидрогелями. Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2023;38(1):140-150. DOI: 10.29001/2073-8552-2023-38-1-140-150. EDN: GAHUCO.

4. Kumar S.S.D., Houreld N.N., Abrahamse H. Biopolymer-Based Composites for Medical Applications. Encyclopedia of Renewable and Sustainable Materials. Vol. 2. Elsevier Ltd.; 2020:20-28. DOI: 10.1016/B978-0-12-803581-8.10557-0.

5. Григорьев А.М., Басок Ю.Б., Кириллова А.Д., Сургученко В.А., Шмерко Н.П., Кулакова В.К., Иванов Р.В., Лозинский В.И. и др. Криогенно-структурированный гидрогель на основе желатина как резорбируемая макропористая матрица для биомедицинских технологий. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2022;24(2):83-93. DOI: 10.15825/1995-1191-2022-2-83-93. EDN: DSIQGI.

6. Плетнев М.Ю., Покидько Б.В. Гидрогель желатина как модель для оценки смачиваемости и водостойкости полипептидных материалов. Коллоидный журнал. 2015;77(3):342-347. DOI: 10.7868/S0023291215030143. EDN: TPWKGR.

7. Shen Y., Farajtabar A., Xu J., Wang J., Xia Y., Zhao H., Xu R. Thermodynamic solubility modeling, solvent effect and preferential solvation of curcumin in aqueous co-solvent mixtures of ethanol, n-propanol, isopropanol and propylene glycol. J Chem Thermodyn. 2019;131:410-419. DOI: 10.1016/j.jct.2018.11.022.

8. Kumari A., Raina N., Wahi A., Goh K.W., Sharma P., Nagpal R., Jain A., Ming L.C., Gupta M. Wound-Healing Effects of Curcumin and Its Nanoformulations: A Comprehensive Review. Pharmaceutics. 2022;14(11):2288. DOI: 10.3390/pharmaceutics14112288.

9. Бесчастнов В.В., Юданова Т.Н., Арефьев И.Ю., Чернышев С.Н., Погодин И.Е., Павленко И.В., Тулупов А.А., Леонтьев А.Е. Возможности использования гидрогелевых композиций в лечении ран. Московский хирургический журнал. 2019;6(70):17-22. DOI: 10.17238/issn2072-3180.2019.6.17-22. EDN: VEGZSN.

10. Хисамова А.А., Гизингер O.A., Корнова Н.В., Зырянова К.С., Коркмазов A.M., Белошангин А.С. Исследование иммунологической и микробиологической эффективности терапии куркумином и метионином, входящих в состав разрабатываемых капсул. Российский иммунологический журнал. 2021;24(2):305-310. DOI: 10.46235/1028-7221-1001-SOI. EDN: NTFRNZ.

11. Снетков П.П., Ситникова В.Е., Успенская М.В., Морозкина С.Н., Олехнович Р.О. Получение волокон на основе гиалуроновой кислоты и куркумина методом электроформования. Известия Академии наук. Серия химическая. 2020;(3):596-600. EDN: DFJRQQ.

12. Кушнир Т.И., Арноцкая Н.Е., Кудрявцев И.А., Митрофанов А.А., Бекяшев А.Х., Згода В.Г., Шевченко В.Е. Изучение действия куркумина на эксцизионную репарацию ДНК в клетках U251 мультиформной глиобластомы. Успехи молекулярной онкологии. 2021;8(4):75-83. DOI: 10.17650/2313-805X-2021-8-4-75-83. EDN: EPHBXT.

13. Roy S., Rhim J.W. Preparation of antimicrobial and antioxidant gelatin/curcumin composite films for active food packaging application. Colloids Surf B Biointerfaces. 2020;188:110761. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2019.110761.

14. Musso Y.S., Salgado P.R., Mauri A.N. Smart edible films based on gelatin and curcumin. Food Hydrocoll. 2017;66:8-15. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2016.11.007.

15. Delmar Kю, Bianco-Peled H.Composite chitosan hydrogels for extended release of hydrophobic drugs. Carbohydr Polym. 2016;136:570-580. DOI: 10.1016/j.carbpol.2015.09.072.

16. Facchi S.P., Scariot D.B., Bueno P.V., Souza P.R., Figueiredo L.C., Follmann H.D., Nunes C.S., Monteiro J.P., et al. Preparation and cytotoxicity of N-modified chitosan nanoparticles applied in curcumin delivery.Int J Biol Macromol. 2016;87:237-245. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2016.02.063.

17. Huang S., Wang J., Shang Q. Development and evaluation of a novel polymeric hydrogel of sucrose acrylate-co-polymethylacrylic acid for oral curcumin delivery. J Biomater Sci Polym Ed. 2017;28(2):194-206. Doi: 10.1080/09205063.2016.1262162.

18. Meng R., Wu Z., Xie H.Q., Xu G.X., Cheng J.S., Zhang B. Preparation, characterization, and encapsulation capability of the hydrogel cross-linked by esterified tapioca starch.Int J Biol Macromol. 2020;155:1-5. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.03.141.

19. Song S., Wang Z., Qian Y., Zhang L., Luo E. The release rate of curcumin from calcium alginate beads regulated by food emulsifiers. J Agric Food Chem. 2012;60(17):4388-4395. DOI: 10.1021/jf3006883.

20. Osetrov K., Uspenskaya M., Olekhnovich R. The model pH-controlled delivery system based on gelatin-tannin hydrogels containing ferrous ascorbate: iron release in vitro. Biomed Phys Eng Express. 2023;9(2):025010. DOI: 10.1088/2057-1976/acbaa1.

21. Bajpai S.K., Chand N., Ahuja S. Investigation of curcumin release from chitosan/cellulose micro crystals (CMC) antimicrobial films.Int J Biol Macromol. 2015;79:440-448. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2015.05.012.