Разработка методики сорбционной иммобилизации бромелина на N-малеоилхитозане и изучение структурных особенностей полученного комплекса
Аннотация
Бромелин – протеолитический фермент, который нашел применение в медицине и промышленности. Однако использование свободных форм ферментов имеет свои недостатки, такие как их нестабильность к изменяющимся условиям среды, трудоёмкость и сложность отделения от исходных реагентов и продуктов реакции после завершения процесса. Решить эту проблему можно с помощью иммобилизации бромелина на полисахаридах.
В связи с вышесказанным, цель исследования заключалась в разработке методики сорбционной иммобилизации бромелина на N-малеоилхитозане с различными молекулярными массами и изучении структурных особенностей полученных комплексов.
Осуществлен синтез N-малеоилхитозана с различными молекулярными массами и степенями замещения. Предложена методика проведения сорбционной иммобилизации бромелина на N-малеоилхитозане. Взаимодействие между носителем и ферментом изучено методами ИК-спектроскопии и гибкого молекулярного докинга, выявлены функциональные группы полисахарида и аминокислоты поверхности глобул бромелина, принимающие участие в образовании комплекса. Измерение содержания белка в иммобилизованных препаратах бромелина проводили по модифицированному методу Лоури, протеазную активность образцов определяли на субстрате – азоказеине.
Показано, что взаимодействие бромелина и N-малеоилхитозана обусловлено электростатическими и гидрофобными взаимодействиями, а также образованием водородных связей между компонентами. Связи и взаимодействия с N-малеоилхитозаном образуются в том числе с участием аминокислотных остатков, составляющих активный центр энзима (Cys26 и His158), что отражается на протеолитической активности получаемых препаратов.
Установлено, что оптимальное соотношение содержания белка (мг на г носителя), общей активности (в ед на мл раствора) и удельной активности (в ед на мг белка) достигается в случае использования в качестве матрицы-носителя N-малеоилхитозана с молекулярной массой 200 кДа.
Полученные препараты бромелина, иммобилизованного на N-малеоилхитозане, могут стать основой для решения ряда проблем в биомедицине, возникающих при создании препаратов бактерицидного, противоотечного, антитромбического и противовирусного действий. Благодаря сочетанию относительно недорогих компонентов предлагаемый нами метод доступен для отечественных лабораторий и перспективен для дальнейшего применения в промышленности.
Скачивания
Литература
Sougata J., Subrata J. Functional Biomaterials. Springer. Singapore. 2022. 522 р.
Holyavka M., Faizullin Dzh., Koroleva V., Olshannikova S., Zakhartchenko N., Zuev Yu., Kondratyev M., Zakharova E., Artyukhov V. Novel bio-technological formulations of cysteine proteases, immobilized on chitosan. Structure, stability and activity. Int. J. Biol. Macromol. 2021; 180: 161-176. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.03.016
Saha I., Rai V.K. Hyaluronic acid based microneedle array: Recent applications in drug delivery and cosmetology. Carbohyd.Polym. 2021; 267(118168): 14. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118168
Huang Yu., Yu H., Wang L., Shen D., Ni Z., Ren Sh., Lu Ya., Chen X., Yang J., Hong Y. Research progress on cosmetic microneedle systems: Preparation, property and application. Eur. Polym. J. 2022; 163: 110942. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2021.110942
Slivkin D.A., Lapenko V.L., Safono-va O.A., Suslina S.N., Belenova A.S. Khitozan dlya farmatsii i medicyny (Chitosan for pharmacy and medicine). Vestnik VGU. Khimiya. Biologiya. Farmaciya. 2011; 2: 211-232. (in Russ.)
Varlamov V.P., Mysyakina I.S. Chi-tosan in biology, microbiology, medicine, and agriculture. Мicrobiology. 2018; 87(5): 712-715.
Hu B., Guo Yu., Li H., Liu X., Fu Yu., Ding F. Recent advances in chitosan-based layer-by-layer biomaterials and their biomedical applications. Carbohyd. Polym. 2021; 271; 118427. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118427
Kou Sh., Peters L., Mucalo M. Chi-tosan: A review of molecular structure, bioactivities and interactions with the human body and micro-organisms. Carbohyd. Polym. 2022; 282: 119132. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119132
Yu N., Li Yu., Wang Ya., Xu H., Ye F., Fu Q. Healing effect of carboxymethyl chitosan-plantamajoside hydrogel on burn wound skin. Burns. 2022; 48(4): 902-914 https://doi.org/10.1016/j.burns.2022.01.019
Wei Q., Wang Ya., Wang H. et al. Photoinduced adhesive carboxymethyl chitosan-based hydrogels with antibacterial and antioxidant properties for accelerating wound healing. Carbohyd. Polym. 2022; 278: 119000. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.119000
Ding Y., Liu D., Luo D., Sun X., Mei J., Wang Sh., Li Zh. Colloids and Sur-faces A: Physicochemical and Engineering Aspects. Colloid Surf A: Physicochem Engin Aspects. 2022; 2022: 128576. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.128576
Liu X., Xue F., Li Ch., Adhikari B. Physicochemical properties of films pro-duced using nanoemulsions stabilized by carboxymethyl chitosan-peptide conjugates and application in blueberry preservation. Int. J. Biol. Macromol. 2022; 202: 26-36. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.12.186
Long Y., Hu Sh., Lei P., Li Y. Preparation of green silver nanoparticles with high antibacterial ability using N-maleoylchitosan and montmorillonite. Mat Lett. 2022; 316: 132044. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132044
Hou X., Zhang W., He M., Lu Y., Lou K., Gao F. Preparation and characterization of β-cyclodextrin grafted N-maleoyl chitosan nanoparticles for drug delivery. Asian J. Pharm. Sci. 2017; 12(6): 558-568. https://doi.org/10.1016/j.ajps.2017.07.007
Zhu A., Pan Y., Liao T., Zhao F., Chen T. The synthesis and characterization of polymerizable and biocompatible N-maleic acylchitosan. J. Biomed. Mat. Res. B: Appl. Biomat. 2008; 85B (2): 489-495. https://doi.org/10.1002/jbm.b.30970
Sorokin A., Lavlinskaya M. Synthe-sis of the superabsobents enriched in chi-tosan derivatives with excellent water absorption properties. Polym. Bull. 2022; 79: 407-427. https://doi.org/10.1007/s00289-020-03521-9
Salvesen G.S., Hempel A., Coll N.S. Protease signaling in animal and plant-regulated cell death. FEBS J. 2015; 283(14): 2577-2598. https://doi.org/10.1111/febs.13616
Ol’shannikova S.S., Red’ko Yu.A., Lavlinskaya M.S., Sorokin A.V., Holyavka M.G., Artyukhov V.G. Preparation of Papa-in Complexes with Chitosan Microparticles and Evaluation of Their Stability Using the Enzyme Activity Level. Pharm. Chem. J. 2022; 55: 1240-1244. https://doi.org/10.1007/s11094-022-02564-8
Hikisz P., Bernasinska-Slomczewska J. Beneficial Properties of Bromelain. Nutrients. 2021; 13: 4313. https://doi.org/10.3390/nu13124313
Baidamshina D.R., Koroleva V.A., Trizna E.Yu., Pankova S.M., Agafonova M.N., Chirkova M.N., Vasileva O.S., Akhmetov N., Shubina V.V., Porfiryev A.G., Semenova E.V., Sachenkov O.A., Bogachev M.I., Artyukhov V.G., Baltina T.V., Holyavka M.G., Kayumova A.R. An-ti-biofilm and wound-healing activity of chitosan-immobilized Ficin. Int. J. Biol. Macromol. 2020; 164: 4205-4217. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.09.030
Holyavka M., Pankova S., Koroleva V. Vyshkvorkina Yu., Lukin A., Kon-dratyev M., Artyukhov V. Influence of UV radiation on molecular structure and catalyt-ic activity of free and immobilized bromelain, ficin and papain. J. Photochem. Photo-biol. B: Biol. 2019; 201: 111681. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2019.111681
Arefin P., Habib Sh., Arefin A., Arefin S. A review of clinical uses of Bro-melain and concerned purification methods to obtain its pharmacological effects efficiently. Int. J. Pharm. Res. 2020; 1: 469-478. https://doi.org/10.31838/ijpr/2020.SP1.066
Owoyele B.V., Bakare A.O., Ologe M.O. Review Article Bromelain: A Review of its Potential as a Therapy for the Man-agement of Covid-19, Niger. J. Physiol. Sci. 2020; 35: 10-19.
Kasaai M.R. Calculation of Mark-Houwink-Sakurada (MHS) equation viscometric constants for chitosan in any solvent-temperature system using experimental reported viscometric constants data. Carbo-hyd. Polym. 2007; 68: 477-488. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2006.11.006
Lowry О.H., Rosebrough N.J., Faar A.L., Randall R.J. Protein measurement with the folin phenol reagent. J. Biol. Chem. 1951; 193: 265-275. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(19)52451-6
Sabirova A.R., Rudakova N.L., Balaban N.P., Ilyinskaya O.N., Demidyuk I.V., Kostrov S.V., Rudenskaya G.N., Sharipova M.R. A novel secreted metzincin metalloproteinase from Bacillus intermedi-us. FEBS Lett. 2010; 584 (21): 4419-4425. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2010.09.049
Glazunov V.P., Odinokov S.Е. IK-spektroskopicheskoe opredelenie stepeni atsetilirovaniya khitina (Determination of the Chitin Degree of Acetylation by IR spectroscopy), Bioorganicheskaya Khimiya. 1995; 21(11): 881-884. (in Russ.)
Lunkov A., Shagdarova B., Lyalina T., Dubinnyi M.A., Karpova N., Lopatin S., Il’ina A., Varlamov V. Simple method for ultrasound assisted «click» modification of azido-chitosan derivatives by CuAAC. Carbohyd. Polym. 2022; 282: 119109. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119109
