доктор биологических наук главный научный сотрудник отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
PhD, BD, Chief Researcher, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institutes “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
младший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
Junior Researcher, Laboratory of Molecular, Translational and Digital Medicine, Federal State Budgetary Institutes “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
младший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
Junior Researcher, Laboratory of New Biomaterials, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institutes “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
младший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
Junior Researcher, Laboratory of Molecular, Translational and Digital Medicine, Federal State Budgetary Institutes “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
младший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация
Junior Researcher, Laboratory of New Biomaterials, Department of Experimental Medicine, Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institutes “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation
Основные положения
Поверхностная модификация биодеградируемых противоспаечных мембран поливиниловым спиртом позволяет улучшить физико-механические свойства и гемосовместимость изделий, однако при этом снижает темпы биодеградации, что приводит к кальцификации мембран при подкожной имплантации лабораторным животным и требует устранения негативного влияния.
Цель. Оценить влияние поверхностной модификации поливиниловым спиртом на биосовместимость противоспаечных биополимерных мембран, изготовленных методом электроспиннинга.
Материалы и методы. Мембраны формировали из композиции поли(D,L-лактид-ко-гликолид) (50:50) и поли(D,L-лактид-ко-гликолид) (85:15), в качестве растворителя использовали 1,1,1,3,3,3-гексафторизопропанол. Для придания противовоспалительной активности добавляли дексаметазон. Формирование мембран осуществляли методом электроспиннинга, после чего подвергали поверхностной модификации 0,5% водным раствором поливинилового спирта. Оценивали физико-механические свойства, гемосовместимость, биосовместимость и деградацию in vivo.
Результаты. ПВС-модификация в сухом состоянии сопровождалась ростом предела прочности и двукратным увеличением модуля Юнга при сопоставимом удлинении до разрыва. Двухминутная гидратация возвращает модуль к исходным значениям. Гемосовместимые свойства все групп образцов соответствовали критерию безопасности по гемолизу (≤ 2%). Количество адгезированных клеток ПМ/ДМ/ПВС уменьшилось кратно по сравнению с ПМ и ПМ/ДМ, индекс деформации снизился до 1,4 против 2,33–2,42. Через 14 суток ПМ и ПМ/ДМ демонстрировали активную эрозию волокон, тогда как ЧП/ДМ/ПВС сохранял сплошной ПВС-слой и меньшую выраженность поверхностной деградации. К 3 месяцам ПМ полностью деградировал, ПМ/ДМ сохранялся в виде небольших фрагментов, окруженных макрофагами, а для ПМ/ДМ/ПВС визуализировался контур из кальцификатов.
Заключение. Дополнительная модификация поверхности полимерных мембран поливиниловым спиртом позволила исключить остаточное электростатическое напряжение, улучшило физико-механические и гемосовместимые свойства, однако при подкожной имплантации лабораторным животным привела к кальцификации образцов. Таким образом требуется проведение дальнейших исследований с оценкой оптимизации ПВС-слоя для снижения склонности к кальцификации.
Highlights
Surface modification of biodegradable anti-adhesion membranes with polyvinyl alcohol improves the physical and mechanical properties and hemocompatibility of the products, but at the same time reduces the rate of biodegradation, which leads to calcification of the membranes during subcutaneous implantation in laboratory animals and requires the elimination of the negative impact.
Aim. To evaluate the effect of surface modification with polyvinyl alcohol on the biocompatibility of anti-adhesion biopolymer membranes manufactured by electrospinning.
Methods. Membranes were formed from a composition of poly (D, L-lactide-co-glycolide) (50:50) and poly (D, L-lactide-co-glycolide) (85:15), using 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropanol as a solvent. Dexamethasone was added to impart anti-inflammatory activity. Membranes were formed by electrospinning, after which they were surface modified with a 0.5% aqueous solution of polyvinyl alcohol. Physicomechanical properties, hemocompatibility, biocompatibility, and in vivo degradation were assessed.
Results. PVA modification in the dry state was accompanied by an increase in the tensile strength and a two-fold increase in Young's modulus with a comparable elongation at break. Two-minute hydration returned the modulus to its original values. The hemocompatible properties of all sample groups met the safety criterion for hemolysis (≤ 2%). The number of adherent cells in PM/DM/PVA decreased severalfold compared to PM and PM/DM, and the strain index decreased to 1.4 versus 2.33–2.42. After 14 days, PM and PM/DM demonstrated active fiber erosion, while PP/DM/PVA retained a continuous PVA layer and less pronounced surface degradation. By 3 months, PM had completely degraded, PM/DM remained as small fragments surrounded by macrophages, and a calcification contour was visualized for PM/DM/PVA.
Conclusion. Modification of the polymer membrane surface with polyvinyl alcohol eliminated residual electrostatic stress and improved the physical, mechanical, and hemocompatibility properties. However, subcutaneous implantation in laboratory animals resulted in calcification of the samples. Therefore, further research is needed to evaluate optimization of the PVA layer to reduce the susceptibility to calcification.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.