Если Вы обнаружите ошибку, напишите нам в телеграм @omnichem или на почту e.urvanov@omnichem.ru
Этот исследовательский проект описывает жидкий гидрогель на основе пектина с добавлением аллантоина, обладающий гидрофильными свойствами, подтвержденными наличием функциональных групп, способствующих эффективности заживления. В эксперименте на животных показано воздействие применения гидрогеля на раны кожи, вызванные хирургическим воздействием, на модели крыс. Измерения контактного угла подтверждают гидрофильное поведение (11.37°), в то время как фурье-преобразование инфракрасного спектра указывает на наличие функциональных групп, связанных с эффективностью заживления (карбоксильные кислоты и аминогруппы).
Аллантоин равномерно распределен на поверхности и внутри аморфного гидрогеля из пектина, окруженного гетерогенным распределением пор. Это способствует высыханию раны с лучшим взаимодействием между гидрогелем и клетками, участвующими в процессе заживления. Экспериментальное исследование на самках крыс породы Вистар показывает, что гидрогель улучшает сокращение раны, сокращая время заживления примерно на 71,43% и достигая полного заживления раны за 15 дней.
Введение
Кожа является самым большим органом в человеческом теле, выполняя важные функции, такие как защита, терморегуляция и иммунологические функции. Нарушение ее целостности обычно называется раной. Хроническая рана - это термин, используемый для обозначения неуспешного заживления тканей. Подобные условия требуют специальных средств, таких как гидрогели, для обеспечения влажной среды и предотвращения инфекций. Разработка биосовместимых полимерных гидрогелей началась с целью удовлетворения потребностей при лечении хронических ран.
Синтетические и натуральные полимеры широко изучены для разработки гидрогелей. Среди них полиэтиленгликоль, поливиниловый спирт, полигликолевая кислота, полимолочная-ко-гликолевая кислота и другие синтетические полимеры, а также натуральные полимеры на основе целлюлозы, хитозана, коллагена, альгината, гиалуроновой кислоты и пектина, одобренные Американской администрацией по контролю за продуктами и лекарствами для медицинских применений.
Пектиновые гидрогели имеют трехмерную структуру с высоким содержанием воды и способностью сохранять влагу. Пектин - это биосовместимый и нетоксичный полисахарид растительного происхождения, широко используемый в фармацевтических продуктах. Наличие кислоты D-галактуроновой и метилового эфира, связанных гликозидными связями, гарантирует высокую растворимость, что делает пектин отличным средством для доставки аллантоина в рану.
Аллантоин, получаемый из растений, широко используется для регенерации тканей и заживления ран благодаря своей биосовместимости, противовоспалительным и антибактериальным свойствам. Интерес к использованию пектиновых гидрогелей или ксерогелей для биомедицинских применений продолжает расти из-за преимуществ их биосовместимости, кинетики отекания и свойств доставки.
Сырьё из статьи
Список INCI
- ALLANTOIN
- Pectin
- Glycerin
- Glutaral
- Hydrochloric acid
CAS-номера
9000-69-5
Какое сырьё можно купить
- FCC CITRUS PECTIN - Пищевая добавка с потенциальной защитой от рака, сердечных заболеваний и тяжелых металлов.
- Aglupectin HS-RAM - пектин с высоким содержанием метоксила, образует плотные, прозрачные гели с хорошим ароматом.
- Fooding Group Pectin - кислый полисахарид, порошок от белого до бледно-желтого цвета, водорастворимый, используется в пищевой и фармацевтической промышленности.
- SalScent™ - средство для ароматов, продлевает срок службы, экономично, производится Salvona, использует синтетические полимеры.
- AKOLL P - порошок от белого до желтоватого цвета, стабилен при экстремальном рН, идеален для косметических продуктов.
- Ailazyme® PME - концентрированный фермент пектинметилэстеразы из Aspergillus niger, улучшает текстуру фруктовых пюре и йогуртов.
- Aglupectin HS-SB - пектин с высоким содержанием метоксила, образующий гели с плотной структурой и хорошим ароматом.
- Aglupectin HS-RV - Аглупектин HS-RV - высокометоксильный пектин, создающий густые, прозрачные гели с устойчивостью к нагреванию и выраженным ароматом.
- Zibo Shunda Biotech Apple Pectin Powder for Healthy Supplement - Яблочный пектиновый порошок от Zibo Shunda Biotech - натуральная безвкусная добавка, используемая в пищевой промышленности
- Zibo Shunda Biotech Food grade Pectin - Пищевой пектин Zibo Shunda Biotech - натуральный продукт без запаха и вкуса, используемый в различных приложениях.
- Sunflower Hemp Co. Pectin Vegan Gummy- Metabolic control - Веганский мармелад Sunflower Hemp Co. с пектином - высококачественный, чистый вкус, высокая прозрачность, повышенная устойчивость.
- Aglupectin HS-ES - пектин с высоким содержанием метоксила, создающий структуру геля с хорошим ароматом и устойчивым нагреванию.
- RonaCare® Aluminium Chloride Hydroxide-Allantoin - Высокоэффективный и чистый компонент для косметических рецептур, подтвержденный наукой и документацией, разработанный в соответствии с нормативными актами
- AllanChem | Allantoin (Аллантоин AllanChem) - Белый кристаллический порошок аллантоина (без запаха и вкуса) используется в средствах по уходу за кожей. Содержит более 99% аллантоина.
- Hangzhou Lingeba Technology LGB-All Allantoin - LGB-All Аллантоин представляет собой белый порошок
- RonaCare® Allantoin - высокоэффективный ингредиент, подтвержденный наукой, соответствует нормативам, используется в косметических средствах по всему миру.
- Qingdao Chibio Biotech Allantoin - увлажняющее, заживляющее, успокаивающее, кератолитическое и нетоксичное соединение, используемое в косметике и медицине.
- Soho Aneco AC-AT - белый беззапаховый кристаллический порошок, диуретик глиоксиловой кислоты, синтезирован химически, безопасен, совместим с косметическими требованиями (ALLANTOIN)
- Hydroveg® R np - Увлажняющий фактор (NMF) создан на основе основных компонентов кожного NMF, обладает доказанной увлажняющей активностью. Безглютеновая и без консервантов (ALLANTOIN)
Исследование о гидрогеле с пектином и аллантоином
Результаты
2.1. Гидрогель на основе пектина с добавлением аллантоина
Исследование представляет гидрогель на основе пектина, который обогащен аллантоином и пластичен за счет глицерина. Этот гидрогель является гомогенной жидкостью, которая предназначена для ускорения процесса заживления, продолжая покрывать рану продуктом даже после появления естественной корки.
2.2. Анализ Фурье-преобразования инфракрасного спектра (FT-IR)
Анализ FT-IR подтверждает физическое взаимосвязывание продукта, поскольку спектр гидрогеля не показывает каких-либо химических взаимодействий между его компонентами. Результаты указывают на присутствие характерных пиков, соответствующих функциональным группам компонентов.
2.3. Угловой контакт
Угловой контакт сухого гидрогеля составляет в среднем 11,37°, что свидетельствует о его гидрофильности из-за наличия полярных функциональных групп, в основном из пектина и аллантоина. Это важно для обеспечения биосовместимости материала и позволяет обеспечить хорошее сцепление с поверхностью раны.
2.4. Анализ поверхности
Сканирующая электронная микроскопия показывает две фазы: непрерывную фазу, соответствующую матрице пектина, и диспергированную фазу из вытянутых частиц аллантоина с однородными размерами. Наблюдается равномерное распределение пор в матрице, что способствует медленному дренированию объема раневого экссудата и обеспечивает относительно влажную среду, способствующую заживлению.
2.5. Процесс заживления
Данные о процессе заживления раны показывают, что присутствие гидрогеля на месте раны не вызывает негативной реакции в окружающей ткани. Эксперименты показывают значительное сокращение площади раны в группе, обработанной жидким продуктом на основе пектина и аллантоина, по сравнению с контрольной группой. Анализ гистологических параметров также подтверждает, что наличие гидрогеля не изменяет последовательности фаз заживления раны.
Обсуждение
Природные полимеры играют ключевую роль в создании новых материалов для заживления ран благодаря своей структуре и биоактивности. Они улучшают биосовместимость, трехмерную структуру и неядовитость материалов. Полисахариды также обладают хорошей сходством с межклеточным матриксом.
Пектин из яблок - анионный гетерополисахарид, содержащий карбоксильные группы, которые могут быть эфирированы метиловым спиртом, рамногалактуронаном I, рамногалактуронаном II и другими сложными структурами. Много усилий было направлено на улучшение физико-химических свойств хитозан/пектин, что привело к повышению термостабильности за счет добавления глицерина. Исследования показали отсутствие химического взаимодействия между компонентами гидрогеля, что связано с физическими поперечными связями пектина и аллантоина. Положительно коррелируют с высокой полярностью гидрогеля пики карбоксильной кислоты и аминных групп, присутствующих в пектине и аллантоине.
Биомедицинские материалы на основе пектина широко используются для повязок на раны. Однако из-за низкой антимикробной активности пектин обогащают серебром или наночастицами оксида цинка с обещающими результатами. Рекомендуется также обогащение пектина экстрактами растений из-за их низкой стоимости. Гидрогели на основе натуральных полимеров максимизируют это преимущество. Пектин, как полисахарид, богатый гидроксильными группами, способствует адгезии гидрогеля благодаря большому количеству межмолекулярных водородных связей. Однородное распределение аллантоина в гидрогеле улучшает его адгезивные и антимикробные свойства, способствуя заживлению ран.
Мягкие гидрогели, составленные из воды и гидрофильных полимерных сеток, естественным образом гидрофильны. Однако их поведение при смачивании может стать гидрофобным при высоком степени сшивки из-за недостаточного количества водородных связей для адгезии материала, или при наличии добавок, таких как глицерин, доступ к функциональным группам может быть затруднен. Однако формула гидрогеля всё ещё включает глицерин, потому что его присутствие облегчает нанесение гидрогеля на рану. Измерение контактного угла подтверждает, что гидрофильный характер гидрогеля примерно на 60% выше, чем у сухой пленки пектин/аллантоин, что может быть связано с более однородным распределением аллантоина в сетке пектина. Увеличение гидрофильности, даже при наличии глицерина, является преимуществом, поскольку это гарантирует адгезию продукта к ране, но при хорошем взаимодействии с белками и факторами роста во время заживления ран.
Природные полимеры, такие как пектин, и аллантоин играют важную роль в создании биоматериалов для заживления ран, обеспечивая биосовместимость, трехмерную структуру и неядовитость материалов, а также способствуя адгезии гидрогелей и ускорению процесса заживления ран.
Материалы и методы
Для проведения исследования использовались пектин из яблок, глутаральдегид и соляная кислота, полученные от Sigma Chemicals, Сент-Луис, Миссури, США; глицерин фармацевтической чистоты и аллантоин приобретены у компаний La Corona, S.A. de C.V., Экатепек, Мексика, и Droguería Cosmopolita, S.A. de C.V., Мехико, Мексика, соответственно.
Синтез гидрогеля пектина, обогащенного аллантоином
Гидрогель из пектина получали из 5% водного раствора при использовании глутаральдегида (10−3 М) в качестве связующего в кислой среде (HCl 10−1 М). Этот раствор подвергался механическому перемешиванию в течение 2 ч при 35 ˚C. Затем аллантоин вводили в гидрогель в массовом соотношении 1:1, и перемешивание продолжалось еще 2 ч. Далее, глицерин добавляли в качестве пластификатора также в массовом соотношении 1:1 относительно массы пектина, и систему перемешивали еще 1 ч. Наконец, раствор стерилизовали ультрафиолетом и хранили в стандартных условиях в стерильных контейнерах из полипропилена фирмы Corning Falcon.
Характеристика гидрогеля
Для избежания влияния воды во время характеристики гидрогель сушили при 35 °C в течение 1 недели. Функциональные группы сушеного гидрогеля из пектина/аллантоина исследовали с помощью Фурье-спектрометра (система Alpha-T, Bruker, Биллерика, Массачусетс, США) в диапазоне волновых чисел от 4000 до 400 см−1. Поверхностную морфологию гидрогеля фиксировали с помощью сканирующего электронного микроскопа (JSM-6010Plus, JEOL, Акишима, Япония) при вакууме 60 Па и 15 кВ.
Контактный угол
Контактный угол рассчитывали методом капли на поверхности с помощью контактного угломера (FTA-32, First Ten Ånstroms, Портсмут, Виргиния, США). Образец гидрогеля помещали в чистый стеклянный держатель, давали ему испариться в лабораторных условиях в течение 24 ч. Для измерения на поверхность наносили каплю 5 мкл дистиллированной воды. С помощью программного обеспечения оборудования анализировали контур изображения капли воды и определяли контактный угол. Значение контактного угла соответствует среднему значению трех изображений.
Реологические свойства гидрогеля
Реологические свойства гидрогеля анализировали на вращающемся реометре (MCR 501, Anton Paar, Грац, Австрия) при 25 °C, используя геометрию двойной зазор. Вязкость образца оценивали относительно скорости сдвига в диапазоне от 1 с−1 до 1000 с−1, а его вязкоупругое поведение с помощью амплитудного сканирования при частоте 1 Гц.
Структура авторов и ссылок
Авторы
- Rosa Alicia Saucedo-Acuña
- Karen Zulema Meza-Valle
- Juan Carlos Cuevas-González
- Elsa Gabriela Ordoñez-Casanova
- Manuel Iván Castellanos-García
- Erasto Armando Zaragoza-Contreras
- Genaro Federico Tamayo-Pérez
Ссылки
- Liang Y., Liang Y., Zhang H., Guo B. Antibacterial biomaterials for skin wound dressing. Asian J. Pharm. Sci. 2022;17:353–384. doi: 10.1016/j.ajps.2022.01.001.
- Laurano R., Boffito M., Ciardelli G., Chiono V. Wound dressing products: A translational investigation from the bench to the market. Eng. Regen. 2022;3:182–200. doi: 10.1016/j.engreg.2022.04.002.
- Nanditha C.K., Vinod Kumar G.S. Bioactive peptides laden nano and micro-sized particles enriched ECM inspired dressing for skin regeneration in diabetic wounds. Mater. Today Bio. 2022;14:100235. doi: 10.1016/j.mtbio.2022.100235.
- Meza Valle K.Z., Saucedo Acuña R.A., Ríos Arana J.V., Lobo N., Rodriguez C., Cuevas-Gonzalez J.C., Tovar-Carrillo K.L. Natural Film Based on Pectin and Allantoin for Wound Healing: Obtaining, Characterization, and Rat Model. BioMed Res. Int. 2020;2020:6897497. doi: 10.1155/2020/6897497.
- Groult S., Buwalda S., Budtova T. Pectin hydrogels, aerogels, cryogels and xerogels: Influence of drying on structural and release properties. Eur. Polym. J. 2021;149:110386. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2021.110386.
- Noreen A., Akram J., Rasul I., Mansha A., Yaqoob N., Iqbal R., Tabasum S., Zuber M., Zia K.M. Pectins functionalized biomaterials; a new viable approach for biomedical applications: A review. Int. J. Biol. Macromol. 2017;101:254–272. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2017.03.029.
- Suamte L., Tirkey A., Babu P.J. Design of 3D smart scaffolds using natural, synthetic and hybrid derived polymers for skin regenerative applications. Smart Mater. Med. 2023;4:243–256. doi: 10.1016/j.smaim.2022.09.005.
- Allyn M.M., Luo R.H., Hellwarth E.B., Swindle-Reilly K.E. Considerations for Polymers Used in Ocular Drug Delivery. Front. Med. 2022;8:787644. doi: 10.3389/fmed.2021.787644.
- Osorno L.L., Brandley A.N., Maldonado D.E., Yiantsos A., Mosley R.J., Byrne M.E. Review of Contemporary Self-Assembled Systems for the Controlled Delivery of Therapeutics in Medicine. Nanomaterials. 2021;11:278. doi: 10.3390/nano11020278.
- Aggarwal D., Minocha N. Natural polymers; their applications in food, cosmetic and pharmaceutical industries. Int. J. Adv. Res. 2020;8:1224–1238. doi: 10.21474/IJAR01/11037.
