ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

В останні роки досягнуто значного прогресу як у синтезі наночастинок металів, так і у створенні гідрогелевих платформ. Передбачається, що їхнє синергетичне поєднання дозволить створити новітні гідрогелеві нанокомпозити для відновлення анатомічних та функціональних порушень організму людини, а також для потреб реконструктивної хірургії. Мета роботи - розробка пористого полімерного матеріалу на основі полівінілформалю з інкорпорованими функціональними гідрогелями та наночастинками золота, дослідження його фізико-хімічних властивостей та біосумісності in vitro та in vivo. Розроблений гібридний гідрогелевий матеріал призначений для використання в реконструктивній хірургії щелепно-лицевої ділянки та очно-орбітальної зони, а також для заповнення післяопераційних порожнин з одночасною профілактикою повторних рецидивів. Морфологію синтезованих гібридних гідрогелевих композитів з наночастинками золота досліджено за допомогою електронної мікроскопії (СЕМ), а термічну стабільність – з викристанням методів ТГА та ДСК. Доведено, що синтезовані гібридні гідрогелеві матеріали демонструють термічну стабільність у широкому температурному інтервалі, що значно перевищує діапазон їхнього застосування, та витримують стерилізацію парою (121 °С) без суттєвих змін. Синтезовані гібридні гідрогелі охарактеризовані як біосумісні in vitro за параметрами цитотоксичності, генотоксичності та біохімічними маркерами (АТФазна та ЛДГазна активність) з використанням культури клітин лінії L929. Дослідження реакції м'яких тканин на імплантацію in vivo продемонструвало формування фіброзної тканини по периферії і всередині імплантату, а також виражене зниження макрофагально-гістіоцитарної реакції і запальної інфільтрації на користь фібробластичної проліферації і відсутність резорбції, що створює передумови для стабільного клінічного результату. Таким чином, розроблений губчастий гібридний гідрогелевий матеріал може бути використаний у реконструктивній хірургії щелепно-лицевої та офтальмоорбітальної ділянок. 

1. Jiang Y., Krishnan N., HeoJ., Fang R. H., Zhang L. Nanoparticle-hydrogel superstructures for biomedical applications. J. Controlled Release. 2020. 324: 505. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.05.041

2. Aktürk Ö., K. Dilek Collagen/PEO/gold nanofibrous matrices for skin tissue engineering. Turk. J. Biol. 2016. 40(2): 1502. https://doi.org/10.3906/biy-1502-49

3. Samadian H., Khastar H., Ehterami A., Saleh M. Bioengineered 3D nanocomposite based on gold nanoparticles and gelatin nanofibers for bone regeneration: in vitro and in vivo study. Sci. Rep. 2021. 11(1): 13877. https://doi.org/10.1038/s41598-021-93367-6

4. Hui-Li T., Sin-Yeang T., Pushpamalar J. Application of Metal Nanoparticle⁻Hydrogel Composites in Tissue Regeneration. Bioengineering. 2019. 6(1): 17. https://doi.org/10.3390/bioengineering6010017

5. Matteis V., Rizzello L. Noble Metals and Soft Bio-Inspired Nanoparticles in Retinal Diseases Treatment: A Perspective. Cells. 2020. 9(3): 679. https://doi.org/10.3390/cells9030679

6. Lin D., Feng X., Mai B., Li X., Wang F., Liu J., Liu X., Zhang K., Wang X. Bacterial-based cancer therapy: An emerging toolbox for targeted drug/gene delivery. Biomaterials. 2021. 277: 121124. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2021.121124

7. Hobzova R., Kodetova M., Pochop P., Uhlik J., Dunovska K., Svojgr K., Hrabeta J., Feriancikova B., Cocarta A., Sirc J. Hydrogel implants for transscleral diffusion delivery of topotecan: In vivo proof of concept in a rabbit eye model. Int. J. Pharm. 2021. 606: 120832. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120832

8. Kernosenko L., Samchenko K., Goncharuk O., Pasmurtseva N., Poltoratska T., Siryk O., Dziuba O., Mironov O., Szewczuk-Karpisz K. Polyacrylamide Hydrogel Enriched with Amber for In Vitro Plant Rooting. Plants. 2023. 12(5): 1196. https://doi.org/10.3390/plants12051196

9. Cocarta A., Hobzova R., Trchova M., Svojgr K., Kodetova M., Pochop P., Sirc J. 2‐Hydroxyethyl Methacrylate Hydrogels for Local Drug Delivery: Study of Topotecan and Vincristine Sorption/Desorption Kinetics and Polymer‐Drug Interaction by ATR‐FTIR Spectroscopy. Macromol. Chem. Phys. 2021. 222(13): 2100086. https://doi.org/10.1002/macp.202100086

10. Seidi K., Ayoubi-Joshaghani M.H., Azizi M., Javaheri T., Jaymand M., Alizadeh E., Webster T.J., Yazdi A.A., Niazi M., Hamblin M.R., Amoozgar Z., Jahanban-Esfahlan R. Bioinspired hydrogels build a bridge from bench to bedside. Nano Today. 2021. 39: 101157. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2021.101157

11. Zhang Y., Xie F., Yin Y., Zhang Q., Jin H., Wu Y., Pang L., Li J., Gao J. Immunotherapy of Tumor RNA-Loaded Lipid Nanoparticles Against Hepatocellular Carcinoma. Int. J. Nanomedicine. 2021. 16: 1553. https://doi.org/10.2147/IJN.S291421

12. Yadid M., Feiner R., Dvir T. Gold nanoparticle-integrated scaffolds for tissue engineering and regenerative medicine. Nano Lett. 19(4): 2198. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b00472

13. Urie R., Ghosh D., Ridha I., Rege K. Inorganic Nanomaterials for Soft Tissue Repair and Regeneration. 2018. Annu. Rev. Biomed. Eng. 20: 353. https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-071516-044457

14. Fathi M., Marques H.K., Silva C.E.R., Barthes J., Bat E., Engin N. Use of Nanoparticles in Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Front. Bioeng. Biotechnol. 2019. 7: 113. https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00113

15. Nikolaenko V.P. A giant foreign body of the orbit an maxillary sinus. Ophthalmology Reports. 2013. 6(1): 78. https://doi.org/10.17816/OV2013178-81

16. Samchenko Yu.M., Dybkova S.M., Maletskyy A.P., Kernosenko L.O., Gruzina T.G., Pasmurtseva N.O., Rieznichenko L.S., Poltoratska T.P., Liutko O.B., Vitrak K.V., Bigun N.M., Vorotytskyi P.V., Mamyshev I.Ie. Antimicrobial effects of hydrogel implants incorporating gold nanoparticles and albucide and developed for reconstructive surgery in the orbit and periorbital area. Can. J. Ophthalmol. Canadian. 2023. 5(514): 27. https://doi.org/10.31288/oftalmolzh202352733

17. Samchenko Yu., Korotych O., Kernosenko L., Kryklia S., Litsis O., Skoryk M., Poltoratska T., Pasmurtseva N. Stimuli-responsive hybrid porous polymers based on acetals of polyvinyl alcohol and acrylic hydrogels. Colloids Surf. A. 2018. 544: 91. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2018.02.015

18. Samchenko Yu.M., Dybkova S.M., Reznichenko L.S., Kernosenko L.O., Gruzina T.G, Poltoratska T.P., Liutko O.B., Vitrak K.V., Podolska V.I., Vorotytskyi P.V. Synthesis and study of аntimicrobial properties of hydrogel materials for maxillo-facial surgery. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2024. 15(1): 110. https://doi.org/10.15407/hftp15.01.110

19. Guidelines "Safety assessment of medical nanopreparations" approved by the Scientific Expert Council of the State Expert Centre of the Ministry of Health of Ukraine (protocol N 8, 09.26.2013). Kyiv. 2013.

20. Sternik D., Szewczuk-Karpisz K., Siryk O., Samchenko Y., Derylo-Marczewska A., Kernosenko L., Pakhlov E., Goncharuk O. Structure and thermal properties of acrylic copolymer gels: effect of composition and cross-linking method. J. Therm. Anal. Calorim. 2024. 149: 9057. https://doi.org/10.1007/s10973-024-13430-y