Экстракт египетского прополиса для функционализации пористого гидрогеля из целлюлозных нановолокон/поливинилового спирта, а также для характеристики и биологического применения.

Jun 27, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7739 (2023) Цитировать эту статью

1155 Доступов

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Пчелиный прополис является одним из наиболее распространенных природных экстрактов и приобрел значительный интерес в биомедицине благодаря высокому содержанию фенольных кислот и флавоноидов, которые отвечают за антиоксидантную активность натуральных продуктов. В настоящем исследовании сообщается, что экстракт прополиса (ПЭ) был произведен этанолом в окружающей среде. Полученный ПЭ добавляли в различных концентрациях к целлюлозному нановолокну (УНФ)/поли(виниловому спирту) (ПВС) и подвергали методам замораживания-оттаивания и сублимационной сушки для создания пористых биоактивных матриц. Наблюдения с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) показали, что приготовленные образцы имели взаимосвязанную пористую структуру с размерами пор в диапазоне 10–100 мкм. Результаты высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) ПЭ показали наличие около 18 полифенольных соединений с наибольшим количеством гесперетина (183,7 мкг/мл), хлорогеновой кислоты (96,9 мкг/мл) и кофейной кислоты (90,2 мкг/мл). Результаты антибактериальной активности показали, что как полиэтилен, так и полиэтилен-функционализированные гидрогели проявляют потенциальное антимикробное действие против Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Streptococcus mutans и Candida albicans. Эксперименты с культурами тестовых клеток in vitro показали, что клетки на гидрогелях, функционализированных полиэтиленом, обладали наибольшей жизнеспособностью, адгезией и распространением клеток. В целом эти данные подчеркивают интересный эффект биофункционализации прополиса для улучшения биологических свойств гидрогеля CNF/PVA в качестве функциональной матрицы для биомедицинских применений.

Наиболее выраженное применение трехмерных (3D) тканеподобных биосовместимых материалов заключается в прямой регенерации тканей или заживлении после повреждений. Это зависит от способности этих материалов оптимизировать физиологическую микросреду с помощью биохимических, биофизических сигналов, а иногда и механической стимуляции для улучшения функции клеток1,2. Действительно, биоактивные материалы играют множество важных ролей в запуске пролиферации и дифференцировки клеток, а также в минимизации воспалительной реакции, которая может задержать процесс заживления3,4. Гидрогели — это умные биоматериалы, которые можно применять для заживления различных тканей, таких как кожа, хрящи, кости и кровеносные сосуды5. Они могут обеспечить оптимальную (3D) структуру, аналогичную нативному внеклеточному матриксу (ECM), и обеспечить диффузию газов, питательных веществ и отходов через эластичные сшитые сети6. За последние десятилетия для разработки функциональных гидрогелей использовались разнообразные полимерные материалы как природного, так и синтетического происхождения. Армированные волокнами гидрогели представляют собой класс композитных гидрогелей, в которых гелевые сетки обычно армируются волокнистыми структурами для улучшения механических характеристик, а также ограничения набухания7,8,9.

Целлюлоза — самый распространенный полимер природного происхождения на Земле. Она является основным компонентом стенок растительных клеток и некоторых клеток животных10. Это линейный гомополисахарид, состоящий из β-d-ангидроглюкопиранозных единиц, связанных β (1→4) эфирными связями (гликозидными связями). Образовавшиеся целлюлозные цепи соединяются водородными связями с образованием фибрилл, состоящих из аморфных и кристаллических участков. CNF означает особый класс наноцеллюлоз, которые состоят из поочередно связанных аморфных и высокоупорядоченных доменов и обычно получаются путем механического распада фибрилл целлюлозы11,12. В результате CNF появились биоматериалы наноразмера, которые обладают высокой прочностью, площадью поверхности и настраиваемым химическим составом поверхности, что позволяет контролировать взаимодействие с полимерами, наночастицами, небольшими молекулами и биологическими материалами. Например, CNF был заключен в раствор альгината и поливинилового спирта для образования стабильного гидрогеля, который способствует минерализации фосфатов кальция in situ13. Также к гидролизату соевого белка путем амидирования карбоксильных групп был привит 2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил (ТЕМПО)-окисленный УНФ, имеющий карбоксильные группы. Привитый CNF способствовал минерализации гидроксиапатита из дважды смоделированной жидкости организма с образованием нового биоактивного материала14.