НОМИНАНТ № 7 — Касаткина М.А.


НОМИНАНТ № 7 на ПРЕМИЮ имени П.П. ШОРЫГИНА 2016 г.

 Касаткина Мария Александровна

7

Место работы и должность: Московский государственный университет дизайна и технологии, аспирант 3-го года обучения.
Адрес: г. Москва, ул. Веневская, д. 1, кв. 207.

Гидрогели хитозана, полученные с использованием сшивающих реагентов: сравнительное исследование и перспективы применения.

Гидрогели биополимеров являются перспективными системами для создания материалов медико-биологического назначения: современных лекарственных форм, биосорбентов, раневых покрытий, матриксов для тканевой инженерии и др. Благодаря наличию реакционно-способных и ионизующихся аминогрупп хитозана, а также общеизвестным свойствам (биосовместимость, биодеградабельность и т.п.) хитозан наиболее часто используется в качестве прекурсора для получения гидрогелей путем сшивания полифункциональными реагентами.

Целью работы являлось выявление особенностей  процесса сшивки хитозана и гелеобразования в его растворах в присутствии сшивающих реагентов ковалентного (диальдегиды, дженипин) или ионного типа (полифосфаты) и перспектив их использования для получения различных материалов биомедицинского назначения.
В отличие от ковалентной сшивки, при использовании полифосфатов электростатические взаимодействия реализуются слишком быстро, вследствие этого оказалось невозможным проведение технологических операций гомогенизации раствора и формирования полимерного материала.  Поэтому ионная сшивка была рекомендована нами для получения наночастиц хитозана или поверхностного модифицирования предварительно сформованных материалов. Для получения объемно-модифицированных полифосфатами, не растворимых в воде пленок и волокон был разработан способ, позволяющий пролонгировать процесс гелеобразования раствора хитозана. Эффект был достигнут за счет повышения энергии теплового движения молекул в растворе путем нагревания или облучения в микроволновом диапазоне.

Изучение гелеобразования в растворе хитозана в присутствии диальдегидов (глутарового альдегида — GA, диальдегидных производных нуклеотидов — оAMP), состава и строения продуктов их взаимодействия, позволило рассчитать  минимальное число сшивок, необходимое чтобы вызвать гелеобразование в растворе хитозана. Для хитозана, содержащего около 1000 глюкозаминных остатков (ММ 190кДа)  эта величина составила 5 эквивалентов оAMP и 12 эквивалентов GA на 1 молекулу хитозана. Эти данные согласуются с  результатами 13С ЯМР-спектроскопии, согласно которым степень сшивки составляет менее 1%.

Особый интерес с точки зрения медицинского использования представляет сшивающий реагент природного происхождения дженипин.  Добавление раствора дженипина приводит не только к изменению вязкости раствора хитозана, но и появлению поглощения в нескольких диапазонах видимой и ультрафиолетовой областей спектра, что позволило установить степень влияния условий сшивки на разные стадии реакции взаимодействия хитозана с Gp.  При разных соотношении Gp/NH2, молекулярной массе хитозана (190, 320, 680 кДа) и рН (3,8-6,0)  были получены гидрогели и пленки со степенью набухания от 400 до 6000%.  Выявленные особенности механизма и кинетики взаимодействия хитозана с Gp впервые для системы хитозан­ — сшивающий реагент позволили реализовать равновесные условия формирования структуры хитозана в процессе испарения растворителя, что привело к резкому (в 3,2 раза)  увеличению прочности хитозановых пленок.

Практические результаты.

  1. Антимикробное покрытие на основе хитозана, модифицированного триполифосфатом натрия, рекомендовано Клинико-диагностическим центрома МГМСУ для внедрения в медицинскую практику при использовании в пародонтологии, терапевтической, хирургической и ортопедической стоматологии.
  2. Испытания лиофилизованных гидрогелей хитозана, сшитого Gp, показали низкую цитотоксичность, быстрый рост и пролиферацию клеток с образованием мультислоев при их использовании в качестве биополимерных матриксов для культивирования животных клеток.

Список работ

Статьи:

  1. Симаненкова Л.М., Липатова И.М., Мезина Е.А., Солянкина (Касаткина) М.А., Кильдеева Н.Р. Изучение полимерных смесей на основе хитозана и аминосодержащего сополиалкилметакрилата Eudragit E //Пластические массы. – 2013. — № 4. – С.33–37.
  2. Mikhailov S.N., Zakharova A.N., Drenichev M.S., Ershov A.V., Kasatkina M.A., Vladimirov L.V., Novikov V.V., Kildeeva N.R. Crosslinking of chitosan with dialdehyde derivatives of nucleosides and nucleotides. Mechanism and comparison with glutaraldehyde //Nucleosides, Nucleotides and Nuclei Acids. – 2016. – DOI: 10.1080/15257770.2015.1114132.
  3. Касаткина М.А., Буданцева Н.А., Кильдеева Н.Р. Изучение процесса получения биологически активных пленочных материалов на основе хитозана, модифицированных полифосфатами //Химико-фармацевтический журнал. – (принята к опубликованию) – 2016. – №4.
  4. Кильдеева Н.Р, Касаткина М.А., Михайлов С.Н. Особенности получения биосовместимых пленок на основе хитозана, сшитого дженипином //Все материалы. Энциклопедический справочник. (принята к опубликованию).– 2016. –№3.

Заявка на объект  интеллектуальной собственности:

  1. Касаткина М.А., Кильдеева Н.Р. Cпособ получения пленок на основе хитозана с использованием ионных сшивающих реагентов. Положительное решение по заявке на патент РФ №2014151870 от  12.2014.

Материалы конференций:

  1. Kasatkina M.A., Kildeeva N.R. Preparation of highly swellable biologically active films based on chitosan modified by polyphosphates // XV International Scientific Conference «High-Tech in Chemical Engineering – 2014». – Звенигород, 2014. – С. 271.
  2. Kasatkina M.A., Cherdynceva T.A., Kildeeva N.R. Polymeric materials based on amino-containing polymers for controlled drug release //5th International Congress “BIONANOTOX”. – Heraklion, 2014. – P.31.
  3. Кильдеева Н.Р., Касаткина М.А., Симаненкова Л.М., Чердынцева Т.А. Получение высоконабухающих биологически активных пленок на основе хитозана, модифицированного полифосфатами //Материалы XII Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана». – Пермь. – 2014. – С. 161 – 165.
  4. Касаткина М.А., Баязитова Г.А. Биополимерные пленки на основе хитозана // Сборник научных трудов VIII Международной конференции молодых ученых и специалистов. – Видное, 2014. – С.98-102.
  5. Касаткина М.А., Кильдеева Н.Р. Изучение взаимодействия хитозана с полифосфатами в водных растворах // X Всероссийская школа-конференция молодых ученых «Крестовские чтения-2015» (тезисы докладов). – Иваново, 2015. – С. 49-50.
  6. Касаткина М.А. Получение лекарственно-наполненных пленок на основе хитозана с использованием сшивающих реагентов ионного типа // XXII Международная молодежная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2015» (сборник материалов). – Москва. – – С. 32-2, DVD-ROM.
  7. Касаткина М.А., Кильдеева Н.Р. Изучение процесса модификации хитозановых пленок биологически активными веществами // Сборник материалов  Международной научно-технической конференции «Инновации-2015». Часть 2. – Москва, 2015. – С. 187-190.
  8. Злобина М.А., Дроздова М.Г., Касаткина М.А., Демина Т.С., Успенский С.А., Кильдеева Н.Р., Марквичева Е.А. Макропористые композиционные гидрогели на основе хитозана и гиалуроновой кислоты для тканевой инженерии // XXVIII зимняя молодежная научная школа «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии».(сборник тезисов). — С. 170.