СОЗДАНИЕ ПАТЧЕЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ ПОВРЕЖДЁННОГО МИОКАРДА

Основные положения

Перспективным направлением тканевой инженерии является создание материалов для восстановления поврежденного миокарда. Ключевое преимущество материала на основе поливинилового спирта (PVA) – возможность изменения его свойств для соответствия требованиям биосовместимости, механическим характеристикам и другим.

Цель. Создать криогели на основе поливинилового спирта, а также изучить их структурные, физико-механические, смачивающие свойства и электрическую проводимость.

Материалы и методы. Криогели PVA в 0,9% NaCl и PVA в деионизированной воде изготавливали посредством 1, 3 или 5 циклов замораживания-оттаивания. Морфологию поверхности криогелей изучали методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Прочностные и упруго-деформативные свойства материалов определены с использованием универсальной испытательной машины (Zwick/Roell, Германия). Оценена гидрофильность поверхности криогелей методом установки контактного угла смачиваемости в программе ImageJ (National Institutes of Health, США). Электрическую проводимость измеряли четырехзондовым методом при помощи мультиметра (EXCEL, Китай). Статистический анализ проводили с использованием программы GraphPadPrism 8.0 (GraphPad Software, США). Значения p < 0,05 принимали как статистически значимые различия.

Результаты. Комплексный анализ СЭМ-изображений и измерений контактного угла смачиваемости PVA-гидрогелей показал, что использование 0,9% NaCl и 1–3 циклов замораживания-оттаивания формирует высокопористую и гидрофильную структуру с тонкими стенками пор. Криогели PVA_NaCl превосходили образцы на деионизированной воде по прочности и модулю упругости. Наибольшие механические характеристики наблюдались у PVA_NaCl после 3 циклов (прочность 0,82 (0,742; 0,849) MПa, удлинение 347,4 (307,6; 351,8) %, модуль Юнга 0,097 (0,092; 0,105) MПa). Электропроводимость PVA_NaCl достигала 0,531 См/м после 1 цикла, снижаясь с увеличением числа циклов; у PVA_Н₂О электропроводимость отсутствовала.

Заключение. Криогели PVA_NaCl с 0,9% NaCl обладают удовлетворительными физико-механическими и электропроводными свойствами, приближенными к параметрам миокарда. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности PVA_NaCl с 1–3 циклами замораживания-оттаивания в качестве материала для тканевой инженерии миокарда.

1. Sharma V., Dash S.K., Govarthanan K., Gahtori R., Negi N., Barani M., Tomar R., Chakraborty S., Mathapati S., Bishi D.K., Negi P., Dua K., Singh S.K., Gundamaraju R., Dey A., Ruokolainen J., Thakur V.K., Kesari K.K., Jha N.K., Gupta P.K., Ojha S. Recent Advances in Cardiac Tissue Engineering for the Management of Myocardium Infarction. Cells. 2021; 10(10):2538. doi: 10.3390/cells10102538.

2. Trombino S., Curcio F., Cassano R., Curcio M., Cirillo G., Iemma F. Polymeric Biomaterials for the Treatment of Cardiac Post-Infarction Injuries. Pharmaceutics. 2021; 13(7):1038. doi: 10.3390/pharmaceutics13071038.

3. Akbarzadeh A., Sobhani S., Soltani Khaboushan A., Kajbafzadeh A.M. Whole-Heart Tissue Engineering and Cardiac Patches: Challenges and Promises. Bioengineering (Basel). 2023; 10(1):106. doi: 10.3390/bioengineering10010106.

4. Lee M., Kim M.C., Lee J.Y. Nanomaterial-Based Electrically Conductive Hydrogels for Cardiac Tissue Repair. Int J Nanomedicine. 2022; 17:6181-6200. doi: 10.2147/IJN.S386763.

5. Zhang J., Guo Y., Bai Y., Wei Y. Application of biomedical materials in the diagnosis and treatment of myocardial infarction. J Nanobiotechnology. 2023; 21(1):298. doi: 10.1186/s12951-023-02063-2.

6. Ho T.C., Chang C.C., Chan H.P., Chung T.W., Shu C.W., Chuang K.P., Duh T.H., Yang M.H., Tyan Y.C. Hydrogels: Properties and Applications in Biomedicine. Molecules. 2022; 27(9):2902. doi: 10.3390/molecules27092902.

7. Chocholata P., Kulda V., Dvorakova J., Kolaja Dobra J., Babuska V. Biological Evaluation of Polyvinyl Alcohol Hydrogels Enriched by Hyaluronic Acid and Hydroxyapatite. Int J Mol Sci. 2020; 21(16):5719. doi: 10.3390/ijms21165719.

8. Holme S., Richardson S.M., Bella J., Pinali C. Hydrogels for Cardiac Tissue Regeneration: Current and Future Developments. Int J Mol Sci. 2025; 26(5):2309. doi: 10.3390/ijms26052309.

9. Crețu B.E., Nita L.E., Șerban A.M., Rusu A.G., Doroftei F., Chiriac A.P. New Cryogels Based on Poly(vinyl alcohol) and a Copolymacrolactone System: I-Synthesis and Characterization. Nanomaterials (Basel). 2022; 12(14):2420. doi: 10.3390/nano12142420.

10. 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.10. №1. Id.1. doi: 10.37952/ROI-jbc-01/25-81-1-80/ROI-jbc-RC/25-10-1-1.

11. Otulakowski Ł., Klama-Baryła A., Celny A., Kasprów M., Hercog A., Godzierz M., Sitkowska A., Kadłubowski S., Jaworska M., Chmielik E., Trzebicka B., Utrata-Wesołek A. Laminar Biomaterial Composite of PVA Cryogel with Amnion as Potential Wound Dressing. Polymers (Basel). 2023; 15(13):2955. doi: 10.3390/polym15132955. PMID: 37447600.

12. Soto-Bustamante F., Bassu G., Fratini E., Laurati M. Effect of Composition and Freeze-Thaw on the Network Structure, Porosity and Mechanical Properties of Polyvinyl-Alcohol/Chitosan Hydrogels. Gels. 2023; 9(5):396. doi: 10.3390/gels9050396.

13. Stricher M., Sarde C.O., Guénin E., Egles C., Delbecq F. Cellulosic/Polyvinyl Alcohol Composite Hydrogel: Synthesis, Characterization and Applications in Tissue Engineering. Polymers (Basel). 2021; 13(20):3598. doi: 10.3390/polym13203598.

14. Nathan K.G., Genasan K., Kamarul T. Polyvinyl Alcohol-Chitosan Scaffold for Tissue Engineering and Regenerative Medicine Application: A Review. Mar Drugs. 2023; 21(5):304. doi: 10.3390/md21050304.

15. Crețu B.E., Dodi G., Gardikiotis I., Balan V., Nacu I., Stoica I., Stoleru E., Rusu A.G., Ghilan A., Nita L.E., Chiriac A.P. Bioactive Composite Cryogels Based on Poly (Vinyl Alcohol) and a Polymacrolactone as Tissue Engineering Scaffolds: In Vitro and In Vivo Studies. Pharmaceutics. 2023; 15(12):2730. doi: 10.3390/pharmaceutics15122730.

16. Liang X., Zhong H.J., Ding H., Yu B., Ma X., Liu X., Chong C.M., He J. Polyvinyl Alcohol (PVA)-Based Hydrogels: Recent Progress in Fabrication, Properties, and Multifunctional Applications. Polymers (Basel). 2024; 16(19):2755. doi: 10.3390/polym16192755.

17. Bhaarathy V., Venugopal J., Gandhimathi C., Ponpandian N., Mangalaraj D., Ramakrishna S. Biologically improved nanofibrous scaffolds for cardiac tissue engineering. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2014; 44:268-77. doi: 10.1016/j.msec.2014.08.018.

18. Wang B., Tedder M.E., Perez C.E., Wang G., de Jongh Curry A.L., To F., Elder S.H., Williams L.N., Simionescu D.T., Liao J. Structural and biomechanical characterizations of porcine myocardial extracellular matrix. J Mater Sci Mater Med. 2012; 23(8):1835-47. doi: 10.1007/s10856-012-4660-0.

19. Zheng Z., Tan Y., Li Y., Liu Y., Yi G., Yu C.Y., Wei H. Biotherapeutic-loaded injectable hydrogels as a synergistic strategy to support myocardial repair after myocardial infarction. J Control Release. 2021; 335:216-236. doi: 10.1016/j.jconrel.2021.05.023.

20. Dai Y., Song J., Li W., Yang T., Yue X., Lin X., Yang X., Luo W., Guo J., Wang X., Lai S., Andrade K.C., Chang J. RhoE Fine-Tunes Inflammatory Response in Myocardial Infarction. Circulation. 2019; 139(9):1185-1198. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.118.033700.

21. Ferrini A., Stevens M.M., Sattler S., Rosenthal N. Toward Regeneration of the Heart: Bioengineering Strategies for Immunomodulation. Front Cardiovasc Med. 2019; 6:26. doi: 10.3389/fcvm.2019.00026.

22. Guan H., Liu J., Liu D., Ding C., Zhan J., Hu X., Zhang P., Wang L., Lan Q., Qiu X. Elastic and Conductive Melanin/Poly(Vinyl Alcohol) Composite Hydrogel for Enhancing Repair Effect on Myocardial Infarction. Macromol Biosci. 2022; 22(12):e2200223. doi: 10.1002/mabi.202200223.

23. Rosellini E., Cascone M. Biomimetic Strategies to Develop Bioactive Scaffolds for Myocardial Tissue Engineering. The Open Biomedical Engineering Journal. 2022; 16(1). doi: 10.2174/18741207-v16-e2205090.

24. Sun L., Guo J., Chen H., Zhang D., Shang L., Zhang B., Zhao Y. Tailoring Materials with Specific Wettability in Biomedical Engineering. Adv Sci (Weinh). 2021; 8(19):e2100126. doi: 10.1002/advs.202100126.

25. Fu Z., Dong R., Zheng H., Wang Z., Cao B., Bai J., Ma M., Song Z., Pan F., Xia L., Wu Y., Zhou S., Deng D. Progress of Conductivity and Conduction Velocity Measured in Human and Animal Hearts. Rev Cardiovasc Med. 2024; 25(10):364. doi: 10.31083/j.rcm2510364.