Серия «Химия»

Проведен анализ молекулярно-массовых характеристик (ММХ) (молекулярной массы (ММ) и коэффициента полидисперсности (КП)) гидролизата высокомолекулярного рыбного коллагена (РК) в процессе ферментативного гидролиза двумя протеолитическими ферментами: панкреатином и трипсином при комнатной температуре. Показана высокая эффективность ферментов: основная часть РК гидролизуется в течение первой минуты как в случае панкреатина, так и трипсина, при этом образуется несколько фракций гидролизата РК. В случае трипсина наблюдается небольшая олигомерная фракция. Коэффициент полидисперсности М_w/М_n для фракций в процессе гидролиза имеет значения преимущественно не более 1,2, что свидетельствует об однородности фракций коллагена по ММ. Исходный нативный РК с ММ ~ 300 кДа во фракциях гидролизата отсутствует. Эти данные свидетельствуют о высокой скорости гидролиза в присутствии указанных ферментов. Для обоих ферментов наблюдается образование двух низкомолекулярных фракций гидролизата с близкими значениями ММ ~ 17 кДа и ~ 9 кДа, причем доля последней фракции в растворе больше 80 %. Последующий контроль ММХ показал, что происходит медленное уменьшение доли всех фракций до практически полного исчезновения за трое суток, кроме низкомолекулярной фракции с ММ ~ 9 кДа, содержание которой постепенно увеличивается. Вид кривых молекулярно-массового распределения (ММР) для разных ферментов практически одинаков, однако наблюдается небольшое различие в соотношениях фракций гидролизатов на разных стадиях гидролиза при использовании указанных ферментов, связанное с незначительной разницей в эффективности использованных ферментов, которое может отразиться на строении скаффолда в процессе его формирования. Различия в значениях ММ и соотношении фракций с разной ММ свидетельствуют о влиянии природы ферментов на процесс гидролиза высокомолекулярного коллагена. Представленные результаты хорошо согласуются с известными литературными данными о природе ферментов панкреатина. Протеолитические ферменты, входящие в состав панкреатина, – трипсин, пепсин и химотрипсин – катализируют гидролиз пептидных связей, образованных остатками аминокислот аргинина и лизина. Ярко выраженная ограниченная субстратная специфичность ферментов приводит к практически количественному образованию в процессе гидролиза узкодисперсного олигомера с ММ ~ 9 кДа. В совокупности с результатами исследований действия ферментов на другие компоненты конструкции скаффолдов, а также биомиметическими испытаниями они позволят моделировать состав, строение и важнейшие характеристики скаффолдов с оптимизированными свойствами. Это особенно важно, если в процессе формирования скаффолдов и биомедицинских клеточных продуктов используются реакции ферментативного гидролиза, так как получаемая в результате клеточная матрица формируется не из нативных молекул, а из их гидролизатов.

Lu, T. Techniques for Fabrication and Construction of Three-dimensional Scaffolds for Tissue Engineering / T. Lu, Y. Li, T. Chen // Int. J. Nanomedicine. – 2013. – № 8. – P. 337–350. DOI: 10.2147/IJN.S38635.

Introduction to Tissue Engineering and Application for Cartilage Engineering / N. de Isla, C. Huseltein, N. Jessel et al. // Biomed. Mater. Eng. – 2010. – V. 20, № 3. – P. 127–133. DOI: 10.3233/BME-2010-0624.

Zhang, L. The Role of Tissue Engineering in Articular Cartilage Repair and Regeneration / L. Zhang, J. Hu, K.A. Athanasiou // Crit Rev. Biomed. Eng. – 2009. – V. 37, № 1. – P. 1–57.

Rajangam, T. Fibrinogen and Fibrin Based Micro and Nano Scaffolds Incorporated with Drugs, Proteins, Cells and Genes for Therapeutic Biomedical Applications / T. Rajangam, S.S.A. An // Int. J. Nanomedicine. – 2013. – V. 8. – P. 3641–3662. DOI: 10.2147/IJN.S43945.

Fibrin Scaffold as a Carrier for Mesenchymal Stem Cells and Growth Factors in Shoulder Rotator Cuff Repair / A. Voss, McCarthy M. Beth, D. Allen et al. // Arthrosc. Tech. Arthroscopy Association of North America. – 2016. – V. 5, № 3. – P. e447–e451. DOI: 10.1016/j.eats.2016.01.029.

Osathanon, T. Immobilization of Alkaline Phosphatase on Microporous Nanofibrous Fibrin Scaffolds for Bone Tissue Engineering / T. Osathanon, C.M. Giachelli, M.J. Somerman // Biomaterials. – 2009. – V. 30, № 27. – P. 4513–4521. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2009.05.022.

Riopel, M. Fibrin, a Scaffold Material for Islet Transplantation and Pancreatic Endocrine Tissue Engineering / M. Riopel, M. Trinder, W. Rennian // Tissue Eng. Part B Rev. – 2015. – V. 21, № 1. – P. 33–44. DOI: 10.1089/ten.teb.2014.0188.

Fibrin Gel as an Injectable Biodegradable Scaffold and Cell

Carrier for Tissue Engineering / Y. Li, H. Meng, Y. Liu, B.P. Lee // Sci. World J. – 2015. – № 2015. – P. 1–10. DOI: 10.1155/2015/685690.

Терещенко, В.П. Матрицы-носители в тканевой инженерии костной ткани / В.П. Терещенко, И.А. Кирилова, П.М. Ларионов // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 8. – С. 66–70.

Yan, M. Purification and Structural Aspects of Type I Collagen from Walleye Pollock (Theragrachalcogramma) / M. Yan, S. Qin, B. Li // J. Aquat. Food Prod. Technol. – 2017. – V. 26, № 10. – P. 1166–1174. DOI: 10.1080/10498850.2015.1011797

Effect of Enzymatic Hydrolysis on Surface Activity and Surface Rheology of Type I Collagen / A. Kezwoń, I. Chromińska, T. Fraczyk, K. Wojciechowski // Colloids Surf., B. – 2016. – № 137. – P. 60–69. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2015.05.017.

Соколова, А.И. Зависимость биологических свойств скаффолдов из фиброина шелка и желатина от состава и технологии изготовления / А.И. Соколова, М.М. Боброва, Л.А. Сафронова // Современные технологии в медицине. – 2016. – Т. 8, № 3. – С. 6–15. DOI: 10.17691/stm2016.8.3.01.

Incorporation of Fibrin into a Collagen-glycosaminoglycan Matrix Results in a Scaffold with Improved Mechanical Properties and Enhanced Capacity to Resist Cell-mediated Contraction / C.M. Brougham, T.J. Levingstone, S. Jockenhoevel et al. // Acta Biomater. – 2015. – № 26. – P. 205–214. DOI: 10.1016/j.actbio.2015.08.022.

Bio-printing of Collagen and VEGF-releasing Fibrin Gel Scaffolds for Neural Stem Cell Cul-ture / Y.B. Lee, S. Polio, W. Lee et al. // Exp. Neurol. – 2010. – V. 223, № 2. – P. 645–652. DOI: 10.1016/j.expneurol.2010.02.014.

Константиновская, М.А. Подбор условий получения ферментативного гидролизата из бульона, образующегося при производстве костной муки / М.А. Константиновская, А.А. Красноштанова // Техника и технология пищевых производств. – 2014. – № 4 (35). – С. 32–33.

Закономерности гидролиза сывороточных белков экзо- и эндопротеазами / Т.Н. Головач, Н.В. Гавриленко, Н.К. Жабанос, В.П. Курченко // Труды БГУ. – 2008. – Т. 3 (1). – С. 85–98.

Ma, P.X. Biomimetic Materials for Tissue Engineering / P.X. Ma // Adv. DrugDeliv. Rev. – 2008. – № 60. – P. 184–198. DOI: 10.1016/j.addr.2007.08.041.

Biocompatibility of Hydrogel-based Scaffolds for Tissue Engineering Applications / S. Naahidi, M. Jafari, M. Logan et al. // Biotechnol. Adv. Elsevier. – 2017. – V. 35, № 5. – P. 530–544. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2017.05.006

Zhu, J. Biomimetic Hydrogels as Scaffolds for Tissue Engineering / J. Zhu // J. Biochips Tissue Chips. – 2012. – V. 2, № 43. – P.1000e119. DOI: 10.4172/2153-0777.1000e119

Viscoelastic, Physical, and Bio-degradable Properties of Dermal Scaffolds and Related Cell Behaviour / V. Sharma, N. Patel, N. Kohli et al. // Biomed. Mater. – 2016. – V. 11, № 5. – P. 1–12. DOI: 10.1088/1748-6041/11/5/055001.

Rowe, S.L. Microstructure and Mechanics of Collagen-fibrin Matrices Polymerized Using Ancrod Snake Venom Enzyme / S.L. Rowe, J.P. Stegemann // J. Biomech. Eng. – 2009. – V. 131, № 6. – P. 061012. DOI: 10.1115/1.3128673.

Молекулярно-массовые параметры коллагена из разного сырья и динамика их изменения при ферментативном гидролизе панкреатином / Л.Л. Семенычева, Н.Б. Валетова, В.О. Часова и др. // Все материалы. Энцикл. Справочник. – 2019. – № 4. – С. 27–33. DOI: 10.31044/1994-6260-2019-0-4-27-33

Пат. 2653434 Российская Федерация. Способ создания биорезорбируемого клеточного скаффолда на основе фибрина плазмы крови / М.Н. Егорихина, Г.Я. Левин, И.Н. Чарыкова, Д.Я. Алейник, Л.Н. Соснина; заявитель и патентообладатель ФГБУ «Приволжский федеральный медицинский исследовательский центр» Министерства здравоохранения РФ. – № 2017112424; заявл. 11.04.2017; опубл. 08.05.2018, Бюл. № 13. – 13 с.

Пат. 2567171 Российская Федерация. Способ получения уксусной дисперсии высокомолекулярного рыбного коллагена / Л.Л. Семенычева, М.В. Астанина, Ю.Л. Кузнецова, Н.Б. Валетова, Е.В. Гераськина, О.А. Таранкова; заявитель и патентообладатель ООО «Системы качества жизни». – № 2014140300/13; заявл. 06.10.2014; опубл. 10.11.2015, Бюл. № 31. – 11 с.

Бендер, М. Биоорганическая химия ферментативного катализа / М. Бендер, Р. Бергерон, М. Комияма. – М.: Мир, 1987. – 352 с.