СИНТЕЗ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИОСОВМЕСТИМЫХ КРИОГЕЛЕЙ

Биосовместимые криогели - это вещества с очень высокой перспективой для получения функциональных материалов. Макропористая структура имеет большое значение для использования криогелей в качестве важных материалов в медицине, катализе и некоторых областях биотехнологии. В этом обзоре авторы сосредоточились на методах получения криогелей на основе биополимеров, интерполиэлектролитных комплексов биополимеров и композитных криогелей на их основе. Сначала будет рассмотрена краткая теоретическая информация о свойствах криогелей и методах получения криогелей на основе биополимеров. Во второй части обзора собраны последние достижения в производстве криогеля на основе биополимерных комплексов и композитных криогелей. Рассматриваются особенности криогельного синтеза и факторы, влияющие на требуемые конечные свойства криогельных материалов. В третьей части обзора изучены области применения биосовместимых криогелей на нефтяных и газовых месторождениях рассматриваемого типа в биотехнологии, катализе и медицине. В биотехнологии криогельные материалы используются для иммобилизации молекул и биологических клеток, в качестве основы для роста клеток и в качестве хроматографических материалов для разделения клеток. В катализе криогельные материалы используются в качестве матрицы для иммобилизации металлических наночастиц и ферментов. Биосовместимые криогели и композиты на их основе широко используются в медицине для восстановления костной и хрящевой ткани, а также для правильного переноса лекарственных средств, обеспечивая высвобождение лекарственных веществ в организме. Перспективным является использование криотропных полимерных композиций с регулируемыми гидрофобными свойствами в качестве армирующего слоя для создания гидробарьерных экранов на нефтяных и газовых месторождениях.

1. Okay O. Production of Macroporous Polymeric Materials by Phase Separation Polymerization // Macroporous Polymers:Production Properties and Bitechnological / Biomedical Applications. Mattiasson B. et al. ‒ BocaRaton: CRCPress, 2010. ‒ P. 1-22.

2. Филиппова О. «Умные» полимерные гидрогели / Природа. ‒ 2005. ‒ N 8. ‒ C. 11-17.

3. Лозинский В.И. Криогели на основе природных и синтетических полимеров: получение, свойства и области применения / Успехи химии. ‒ 2002. ‒ N 71(6). ‒ C. 559-585.

4. Nikanorov V.V. Synthesis and characteristics of cryogels of chitosan crosslinked by glutaric aldehyde / V.V. Nikanorov,R.V. Ivanov, N.R. Kil’deeva, L.N. Bulatnikova, V.I. Lozinsky / Polymer Science. Series А. – 2010. – Vol. 52(8). – P. 828-834. (DOI: 10.1134/s0965545x10080092).

5. Alkan H. Antibody purification with protein A attached supermacroporous poly(hydroxyethyl methacrylate) cryogel / H. Alkan, N. Bereli, Z. Baysal, A. Denizli // Biochemical engineering journal. – 2009. – Vol. 45(3). – P. 201-208. https://doi.org/10.1016/j.bej.2009.03.013.

6. Krajnc N. Monolithic macroporous polymers as chromatographic matrices / N. Krajnc, F. Smrekar, V. Frankovic, A. Trancar, A. Podgornik // Macroporous polymers: production properties and bitechnological/biomedical applications / Mattiasson B. et al. ‒ Boca Raton: CRC Press. 2010. – P. 291-334. (DOI: 10.1201/9781420084627-c12).

7. Dainiak M. Cryogels as matrices for cell separation and cell cultivation / M. Dainiak, A. Kumar, I. Galaev, B. Mattiasson // Macroporous polymers: production properties and bitechnological/biomedical applications / Mattiasson B. et al. – Boca Raton: CRC Press, 2010. – P. 363-404. (DOI: 10.1201/9781420084627-c14).

8. Akilbekova D. Biocompatible scaffolds based on natural polymers for regenerative medicine / D. Akilbekova, M. Shaimerdenova, S. Adilov, D. Berillo // International Journal of Biological Macromolecules. – 2018. – Vol. 114. – P. 324-333. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.03.116

9. Wu S.Q. Cryogel biocomposite containing chitosan-gelatin/cerium-zinc doped hydroxyapatite for bone tissue engineering / S.Q. Wu, S.Z. Ma, C. Zhang, G.Q. Cao, D.J. Wu, C.Z. Gao, S. Lakshmanan // Saudi Journal of Biological Sciences. – 2020. – Vol. 27(10). – P. 2638-2644. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2020.05.045.

10. Offeddu G.S. Cartilage-like electrostatic stiffening of responsive cryogel scaffolds / G.S. Offeddu, I. Mela, P. Jeggle,R.M. Henderson, S.K. Smoukov, M.L. Oyen // Scientific Reports. – 2017. – Vol. 7. – P. 1-10. https://doi.org/10.1038/srep42948.

11. Kuo C.-Y. Incorporation of chitosan in biomimetic gelatin/chondroitin-6-sulfate/hyaluronan cryogel for cartilage tissue engineering / C.-Y. Kuo, C.-H. Chen, C.-Y. Hsiao, J.-P. Chen // Carbohydrate Polymers. – 2015. – Vol. 117. – P. 722-730.

12. Brovko O.S. Gels of sodium alginate-chitosan interpolyelectrolyte omplexes / O.S. Brovko, I.A. Palamarchuk, N.A. Val’chuk, D.G. Chukhchin, K.G. Bogolitsyn, T.A. Boitsova // Russian Journal of Physical Chemistry A. – 2017. – Vol. 91(8). – P. 1580-1585. https://doi.org/10.1134/S0036024417160014.

13. Shalumon K.T. Rational design of gelatin/nanohydroxyapatite cryogel scaffolds for bone regeneration by introducing chemical and physical cues to enhance osteogenesis of bone marrow mesenchymal stem cells / K.T. Shalumon, H.T. Liao, C.Y. Kuo, C.B. Wong,C.J. Li, P.A. Mini, J.P. Chen // Materials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications. – 2019. – ol. 104. – P. 1-19. https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.109855.

14. Klivenko A.N., Mussabayeva B.Kh., Gaisina B.S., Sabitova N. Biocompatiblecryogels: preparation and application // Bulletin of the University of Karaganda – Chemistry. – 2021. № 3(103). – Р. 4-20. (DOI:org/10.31489/2021Ch3/4-20).

15. Лозинский В.И. Криотропное гелеобразование растворов поливиниловогоспирта / В.И. Лозинский // Успехи химии. – 1998. – Т. 67, № 7. – С. 641-655.

16. Алтунина Л.В., Никулин Е.В., Бурков П.В., Фуфаева, М.С. Бурков В.П. Применение криогелей при сооружении объектов нефтегазового сектора / Neftegaz.RU. – 2021. – № 12. – С.80-92.

17. S. Bhat, A. Iripathi, A. Kumar. Supermacroprous cliitosan agarose genipin cryogels: In vitro characterization and in vivo assessment lor cartilage tissue engineering / J. R. Soc. Interface. – 2011. – Vol. 8. – No. 57. – P. 540-554.

18. V.M. Gun'ko, I.N. Savina, S.V. Mikhalovsky. Cryogels: morphological, structural and adsorption characterisation / Adv. Coll. Interface Sci. – 2013. – Vol. 187-188. – No. 1. – P. 1-46.

19. M.S. Kuyukina, B. Ivshina, M.K. Serebrennikova, A.B. Krivorutchko, E.A. Podorozhko, R.V. Ivanov, V.I. Lozinsky. Petroleum-contaminated water treatment in a fluidized-bed bioreactor with immobilized Rhodococcus cells / Int. Biodeterior.Biodegradation. – 2009 – Vol. 63. – No. 4. – P. 427-432.

20. L. Onnby, C. Svensson, L. Mbundi, R. Busquets, A. Cundy, H. Kirsebom y-Al2O3-based nanocomposite adsorbents for arsenic (V) removal: Assessing performance, toxicity and particle leakage / Sci. Total Environ. – 2013. – Vol. 473. – No. 1. – P. 207-214.

21. A. Gupta, J. Sarkar, A. Kumar. High throughput analysis and capture of benzo [a]-pyrene using supermacroporous poly (4-vinyl pyridine- co-divinyl benzene) cryogel matrix / J. Chromatogr. A. – 2013. – Vol. 1278. – No. 1. – P. 16-21.

22. L. Onnby, C. Giorgi, F.M. Plieva, B. Mattiasson Removal of heavy metals from water effluents using supermacroporous metal chelating cryogels / Biotechnol. Prog. – 2010. – Vol. 26. – No. 5. – P. 1295-1302.

23. Henderson, T. M. A. Cryogels for biomedical applications / T. M. A. Henderson, K. Ladewig, D. N. Haylock, K. M. McLean, A. J. O'Connor // J. Mater. Chem. B. – 2013. – № 1. – Р. 26822695. (DOI:10.1039/c3tb20280a).

24. 24. Лозинский В.И. Криогели на основе природных и синтетических полимеров: получение, свойства и области применения / В.И. Лозинский // Успехи химии. – 2002. – № 71. – С. 559-571.

25. Verma, А. Polyelectrolyte complex- an overview / A.Verma, A. Verma //International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. – 2013. – Vol. 4(5). – Р. 1684-1691.