ПОВЕРХНОСТНАЯ МОДИФИКАЦИЯ БИОДЕГРАДИРУЕМЫХ ПРОТИВОСПАЕЧНЫХ МЕМБРАН ПОЛИВИНИЛОВЫМ СПИРТОМ С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ БИОСОВМЕСТИМОСТИ

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.

1. Ten Broek R.P., Bakkum E.A., Laarhoven C.J., van Goor H. Epidemiology and prevention of postsurgical adhesions revisited. Ann Surg. 2016;263(1):12-19. https://doi.org/10.1097/ SLA.0000000000001286

2. Шурыгин М.Г., Шурыгина И.А. Перспективы профилактики спаечного процесса при оперативных вмешательствах на сердце. Acta Biomedica Scientifica. 2021;6(6-2):125-132. https://doi.org/10.29413/ABS.2021-6.6-2.13

3. Head W.T, Paladugu N., Kwon J.H., Gerry B., Hill M.A., Brennan E.A., Kavarana M.N., Rajab T.K. Adhesion barriers in cardiac surgery: A systematic review of efficacy J Card Surg. 2022 Jan;37(1):176-185. https://doi.org/10.1111/jocs.16062.

4. Moris D., Chakedis J., Rahnemai-Azar A.A., Wilson A., Hennessy M.M., Athanasiou A., Beal E.W., Argyrou C., Felekouras E., Pawlik T.M. Postoperative Abdominal Adhesions: Clinical Significance and Advances in Prevention and Management Gastrointest Surg. 2017 Oct;21(10):1713-1722. https://doi.org/10.1007/s11605-017-3488-9.

5. Han E.S., Scheib S.A., Patzkowsky K.E., Simpson K., Wang K.C. The sticky business of adhesion prevention in minimally invasive gynecologic surgery. Curr Opin Obstet Gynecol. 2017 Aug;29(4):266-275. https://doi.org/ 10.1097/GCO.0000000000000372.

6. Krielen P., Stommel M.W.J., Pargmae P., Bouvy N.D., Bakkum E.A., Ellis H., Parker M.C., Griffiths E.A., van Goor H., Ten Broek R.P.G. Adhesion-related readmissions after open and laparoscopic surgery: a retrospective cohort study (SCAR update). Lancet. 2020 Jan 25;395(10220):272. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30066-0.

7. Mais V. Peritoneal adhesions after laparoscopic gastrointestinal surgery. World J Gastroenterol. 2014;20(17):4917-25. https://doi.org/10.3748/wjg.v20.i17.4917

8. Klicova M., Rosendorf J., Erben J., Horakova J. Antiadhesive Nanofibrous Materials for Medicine: Preventing Undesirable Tissue Adhesions. ACS Omega . 2023 May 27;8(23):20152–20162. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c00341

9. Feng B., Wang S., Hu D., Fu W., Wu J., Hong H., Domian I.J., Li F., Liu J.

10. Bioresorbable electrospun gelatin/polycaprolactone nanofibrous membrane as a barrier to prevent cardiac postoperative adhesion Acta Biomater. 2019 Jan 1:83:211-220. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.10.022.

11. Shalumon K T, Sheu C., Chen C.-H., Chen S.-H., Jose G., Kuo C.-Y., Chen J.-P. Multi-functional electrospun antibacterial core-shell nanofibrous membranes for prolonged prevention of post-surgical tendon adhesion and inflammation Acta Biomater. 2018 May: 72:121-136. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.03.044.

12. Chen C.-T, Chen C.-H., Sheu C., Chen J.-P. Ibuprofen-Loaded Hyaluronic Acid Nanofibrous Membranes for Prevention of Postoperative Tendon Adhesion through Reduction of Inflammation Int J Mol Sci 2019 Oct 11;20(20):5038. https://doi.org/ 10.3390/ijms20205038.

13. Кудрявцева Ю.А., Каноныкина А.Ю., Ефремова Н.А. Антибактериальная эффективность биодеградируемых мембран, содержащих тигециклин, в эксперименте in vivo. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2024;13(3S):110-119. https://doi.org/10.17802/2306-1278-2024-13-3S-110-119

14. Rivera-Hernández, G., Antunes-Ricardo, M., Martínez-Morales, P., Sánchez, M.L. Polyvinyl alcohol based-drug delivery systems for cancer treatment. International Journal of Pharmaceutics, 600, 2021, 120478. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2021.120478

15. Luo, Q., Shan, Y., Zuo, X., Liu, J. Anisotropic tough poly(vinyl alcohol)/graphene oxide nanocomposite hydrogels for potential biomedical applications. RSC Adv, 2018,8, 13284-13291. https://doi.org/10.1039/c8ra00340h

16. Пыкин А.Л., Резвова М.А., Ткаченко Т.Б., Жеребцов С.И., Онищенко П.С., Глушкова Т.Б., Борисова Н.Н., Клышников К.Ю., Акентьева Т.Н., Овчаренко Е.А. Криогели поливинилового спирта как полимерная матрица для разработки биосовместимых материалов медицинского применения. Бутлеровские сообщения. 2025. Т.81. №1. C.80-90. https://doi.org/10.37952/ROI-jbc-01/25-81-1-80

17. Антонова Л.В., Кривкина Е.О., Резвова М.А., Ткаченко В.О., Глушкова Т.В., Акентьева Т.Н., Кудрявцева Ю.А., Барбараш Л.С. Разработка технологии формирования антитромбогенного лекарственного покрытия для биодеградируемых сосудистых протезов малого диаметра. Современные технологии в медицине. 2020; 12(6): 6-14. https://doi.org/10.17691/stm2020.12.6.01

18. Jung F., Braune S., Lendlein A. Haemocompatibility testing of biomaterials using human platelets. Clin Hemorheol Microcirc 2013; 53(1-2): 97–115, https://doi.org/10.3233/ch-2012-1579.

19. Юшков Б.Г., Сарапульцев А.П., Сарапульцев Г.П. Основные особенности экспериментальных моделей абдоминальных спаек. Вестник экспериментальной и клинической хирургии 2020; 13: 2: 157-162. https://doi.org/ 10.18499/2070-478X-2020-13-2-157-162.

20. Teixeira M.A., Amorim M.T.P., Felgueiras H.P. Poly(Vinyl Alcohol)-Based Nanofibrous Electrospun Scaffolds for Tissue Engineering Applications // Polymers. - 2020. - Т. 12, № 1. - С. 7. https://doi.org/10.3390/polym12010007.

21. MerkleV.M., MartinD., HutchinsonM., TranP.L., BehrensA., Hossainy S., Sheriff J., Bluestein, D., WuX., Slepian M.J. Hemocompatibility of Poly (vinyl alcohol)–gelatin core–shell electrospun nanofibers: A scaffold for modulating platelet deposition and activation // ACS Applied Materials & Interfaces. - 2015. - Т. 7, № 15.- С. 8302–8312. - https://doi.org/10.1021/acsami.5b01671.

22. Alexandre N., Ribeiro J., Gärtner A., Pereira T., Amorim I., Fragoso J., Lopes A., Fernandes J, Costa E., Santos-Silva A., Rodrigues M., Santos J.D., Maurício A.C., Luís A.L. Biocompatibility and hemocompatibility of polyvinyl alcohol hydrogel used for vascular grafting - in vitro and in vivo studies // Journal of Biomedical Materials Research Part A. - 2014. - Т. 102, № 12. - С. 4262–4275. - https://doi.org/10.1002/jbm.a.35098.

23. Vacanti N.M., Cheng H., Hill P.S., Guerreiro J. D.T., Dang T.T., Ma M., Watson S., Hwang N.S., LangerR., Anderson D.l.G. Localized delivery of dexamethasone from electrospun fibers reduces the foreign body response // Biomacromolecules. 2012. - Т. 13, № 10. - С. 3031–3038. https://doi.org/ 10.1021/bm300520u.

24. Omidian, H.; Wilson, R.L. PLGA Implants for Controlled Drug Delivery and Regenerative Medicine: Advances, Challenges, and Clinical Potential. Pharmaceuticals 2025, 18, 631. https://doi.org/10.3390/ ph18050631