Исследование особенностей процессов сорбции и десорбции ионов кальция на гидрогелях N-(2-гидрокси)пропил-3-триметиламмоний хитозана
Аннотация
Разработка инновационных полифункциональных гемостатирующих агентов является приоритетной междисциплинарной задачей, лежащей на стыке биологии, химии, фармации и медицины. Принцип действия большей части применяемых в настоящее время гемостатиков заключается в увеличении их объема (набухании) в полости раны и, таким образом, зажимании поврежденных сосудов. Такие препараты не активируют естественный гемостаз, не обладают антибактериальными или ранозаживляющими свойствами, что значительно снижает их эффективность как медицинского средства. Использование в разработке гемостатирующих агентов композиций на основе природных полисахаридов, например, хитозана и его гидрофильномодифицированных производных, обладающих собственными биологическими активностями и высокой сорбционной емкостью по отношению к различным веществам, может повысить эффективность действия обсуждаемых препаратов.
В связи этим, целью настоящей работы является исследование процессов сорбции и десорбции ионов кальция на матрицах гидрогелей на основе N-(2-гидрокси)пропил-3-триметиламмоний хитозана для оценки их свойств как потенциальных гемостатирующих агентов.
В ходе исследования был осуществлен синтез гидрогелей на основе N-(2-гидрокси)пропил-3-триметиламмоний хитозана с различными степенями замещения и частотой сшивки. Изучение поведения полученных гидрогелей в воде и солевом растворе бычьего сывороточного альбумина c pH=6.9 показало, что степень набухания полимеров в этих условиях достигает 27.5 и 28.9 раз, что подчеркивает высокий потенциал использования предложенных соединений в качестве гемостатиков.
Исследование кинетических особенностей сорбции ионов кальция – фактора свертываемости крови IV – на синтезированных гидрогелях позволило выявить лимитирующий фактор процесса, которым оказалась диффузия Са2+ через границу раздела фаз сорбент-раствор сорбата. При этом процесс адекватно описывается моделью формальной кинетики псевдопервого порядка, а транспорт ионов кальция в фазе гидрогелей обусловлен их нефиковской диффузией.
Эксперименты по десорбции кальция осуществляли в условиях, приближенных к среде крови – в 0.05 М Трис-HCl буфере с рН 7.4 при 37оС. Установлено, что в течение 24 часов десорбируется до 93% сорбированных ионов, а процесс корректно описывается кинетическим уравнением реакции первого порядка. Как и в случае сорбции, транспорт ионов Са2+ описывается нефиковской диффузией.
Таким образом, показано, что гидрогели на основе N-(2-гидрокси)пропил-3-триметиламмоний хитозана могут являться перспективной основой для создания полифункциональных гемостатирующих агентов.
Скачивания
Литература
Setevoe izdanie «Registr lekarstvenny`x sredstv Rossii RLS», razdel ATH klassifikacii «B02BC Mestny`e gemostatiki». Available at: https://www.rlsnet.ru/atc/mestnye-gemostatiki-1529 (accessed 15 Augost 2025).
Okata S., Hoshina K., Hanada K., Ka-mata H., Fujisawa A., Yoshikawa Y., Sakai T., Basic Science Research, 2022; 84: 398-404. https://doi.org/10.1016/j.avsg.2022.01.016
Huang Y., Jing W., Zeng J., Xue Y., Zhang Y., Yu X., Wei P., Zhao B., Dong J., Advanced Healthcare Materials, 2023; 12: 2301086. https://doi.org/10.1002/adhm.202301086
Broekema F.I., van Oeveren W., Selten M.H.A., Meijer R.J.H., de Wolf J.T.M., Bos R.R.M., Clin. Oral. Investig., 2013; 17: 1273-1278. https://doi.org/10.1007/s00784-012-0809-y
Dorkhani E., Faryabi A., Noorafkan Y., Heirani A., Behboudi B., Fazeli M.S., Kaze-meini A., Keramati M.R., Keshvari A., Tafti S.M.A., J. Appl. Biomater. Funct. Mater., 2023; 21: 22808000231198803. https://doi.org/10.1177/22808000231198803
Kim M.J., Song Y.J., Kwon T.G., Lee J.H., Chun S.Y., S. Oh H., Tissue Eng. Regen. Med., 2024; 21: 995-1005. https://doi.org/10.1007/s13770-024-00656-y
Lee I.K., You S.J., Yun Y.J., Kim J.K., Yang D.H., Chun H.J., Ko J., Koh Y., Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2023; 118: 101-108. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2022.10.049
Ilie-Ene A., Tosa V.P., Gherman L.-M., Pop R.M., Hantig L.-M., Popa C.O., Dindele-gan G.C., Materials, 2025; 18: 1271. https://doi.org/10.3390/ma18061271
Verma S.K., Yaghoobi H., Kreplak L., Frampton J.P., Advanced Materials Interfaces, 2023; 10: 2202119. https://doi.org/10.1002/admi.202202119
Guo Y., Wang M., Liu Q., Liu G., Wang S., Li J., Theranostics, 2023; 13: 161-196. https://doi.org/10.7150/thno.79639
Ren Z., Wang Y., Wu H., Cong H., Yu B., Shen Y., International Journal of Biologi-cal Macromolecules, 2024; 257: 128299. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128299
Shagdarova B., Lunkov A., Il'ina A., Varlamov V., International Journal of Biologi-cal Macromolecules, 2019; 124: 994-1001. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.209
Dhlamini K.S., Selepe C.T., Ramalapa B., Cele Z., Malatji K., Govender K.K., Tshweu, L., Ray S.S., Polymers, 2024; 16: 2999. https://doi.org/10.3390/polym16212999
Olshannikova S.S., Redko Y.А., Lavlin-skaya M.S., Sorokin A.V., Holyavka M.G., Yudin N.E., Artyukhov V.G., Condensed Mat-ter and Interphases, 2022; 24(4): 523-528. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/10556
Sorokin A.V., Olshannikova S.S., Malykhina N.V., Sakibaev F.A., Holyavka M.G., Lavlinskaya M.S., Artyukhov V.G., Russ. J. Bioorg. Chem., 2022; 48: 310-320. https://doi.org/10.1134/S1068162022020212
Red’ko, Y.A., Ol’shannikova, S.S., Hol-yavka, M.G., Sorokin A.V., Artyukhov V.G., Pharm. Chem. J., 2022; 56: 984-988. https://doi.org/10.1007/s11094-022-02737-5
Singh S., Dodt J., Volkers P., Hether-shaw E., Philippou H., Ivaskevicius V., Imhof D., Sci. Rep., 2019; 9: 11324. https://doi.org/10.1038/s41598-019-47815-z
Mikaelsson M.E. The Role of calcium in coagulation and anticoagulation. In: Sibinga C.T.S., Das P.C., Mannucci P.M. (eds) Coagu-lation and blood transfusion. Developments in hematology and immunology, Springer, Bos-ton, MA, 1991: 29-37. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-3900-1_3
Paulino A.T., Belfiore L.A., Kubota L.T., Muniz E.C., Almeida V.C., Tambourgi E.B. Desalination, 2011; 275: 187-196. https://doi.org/10.1016/j.desal.2011.02.056
Wan Ngah W.S., Teong L.C., Hanafiah M.A.K.M. Carbohydrate Polymers, 2011; 83: 1446-1456. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.11.004
Nagireddi S., Katiyar V., Uppaluri R. Journal of Biological Macromolecules, 2017; 94: 72-84. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.09.088
Meetam P., Phonlakan K., Nijpanich S., Budsombat S. International Journal of Biologi-cal Macromolecules, 2024; 255: 128261. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128261
Tatsumi T., Tahara Y., Matsumoto M. Separations, 2021; 8(11): 202. https://doi.org/10.3390/separations8110202
Rahmana H., Marufuzzamana, Rahmana A., Mondal I.H. Heliyon, 2025, 11: e42932. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2025.e42932
Lagergreen S., Z. Chem. Ind. Kolloide, 1907; 2: 15. https://doi.org/10.1007/BF01501332
Ho Y., McKay G., Process Biochem., 1999; 34: 451-465. https://doi.org/10.1016/S0032-9592(98)00112-5
Peppas N.A., Khare A.R., Adv. Drug Deliv. Rev., 1993; 11: 1-35. https://doi.org/10.1016/0169-409X(93)90025-Y
Uskoković V., Abuna G., Hampton J.R., Geraldeli S. Pharmaceutics, 2024; 16(1): 39. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics16010039
Aucoin H.R., Wilson A.N., Wilson A.M., Ishihara K., Guiseppi-Elie A., Polymers, 2013; 5(4): 1241-1257. https://doi.org/10.3390/polym5041241
Korsmeyer R.W., Gurny R., Doelker E., Buri P., Peppas N.A., Int. J. Pharm., 1983; 15: 25-35. https://doi.org/10.1016/0378-5173(83)90064-9
Malakhova I., Privar Yu., Parotkina Yu., Eliseikina M., Golikov A., Skatova A., Bratskaya S. Journal of Environmental Chemi-cal Engineering, 2020; 8(6): 104395. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104395
Umland F., Yansen A., Tiring D., Vunsh, G. Complex Compounds in Analytical Chemistry. Мir, Moscow. 1975. 531 р. (In Russ.)
Skwarczynska-Wojsa A.L., Chacuk A., Modrzejewska Z., Puszkarewicz A., Desalina-tion, 2022, 540: 116024. https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.116024
Dong Y., Ruan Y., Wang H., Zhao Y., Bi D. Journal of Applied Polymer Science, 2004; 93: 1553-1558. https://doi.org/10.1002/app.20630
