Экспериментальные подходы к получению белковых криогелей и криоструктуратов. // В сб. «Гибридные наноформы биоактивных и лекарственных веществ». Под. редстатья
Аннотация:Одним из активно развивающихся направлений современной науки о высокомолекулярных соединениях является разработка принципиально новых материалов, применение которых способствует прогрессу передовых областей техники, здравоохранения и естествознания. В существенной степени это касается биомедицинских отраслей и биотехнологии, где к подобным материалам предъявляется специфический набор требований. Главными из них являются биосовместимость и нетоксичность полимерной основы, стабильность материала или, напротив, его контролируемая биодеградируемость, достаточная механическая прочность полимерной системы, причем, очень часто в сочетании с развитой макропористой структурой и др. Последнее качество принципиально важно, когда речь идет о покрытиях на раны и ожоги, систем контролируемой доставки лекарственных веществ, о работе с биологическими нано- и микрочастицами (сложные биополимерные комплексы, вирусы, фаги, клеточные органеллы, целые клетки), где необходим такой уровень пористости полимерной матрицы, который позволяет «большим» биологическим частицам проникать в массу материала и взаимодействовать с его компонентами по всему объему. Также проблема особой пористости полимерного носителя актуальна и в биокаталитических системах, например, в случае иммобилизованных ферментов или целых клеток. Также в последнее время резко возрос интерес к сверхмакропористым гелевым материалам, используемым в качестве объемных подложек для культивирования животных клеток или разработки имплантатов, содержащих соответствующие клетки (например, стволовые клетки), которые помещены на такую полимерную основу. Большинству из вышеуказанных требований отвечают различные криогели и криоструктураты – высокопористые полимерные материалы, формирование которых осуществляется в неглубоко замороженной среде. Их характерной морфологической особенностью является макропористость, причем макропоры взаимосвязаны. В зависимости от свойств и концентрации предшественников, а также от режимов криогенной обработки, можно получить «изделия» как разной химической природы, так и структуры (пористости). В этой контексте, отдельный научный и прикладной интерес представляют криогели и криоструктураты на основе белковых веществ, поскольку в большинстве случаев белковые материалы биосовместимы, нетоксичны и биодеградируемы. Изложенная выше информация о белковых криогелях и криоструктуратов свидетельствует, что такого рода материалы с помощью приемов криоструктурирования могут быть сформированы при использовании в качестве предшественников белков разных типов – фибриллярных, глобулярных, белков с неупорядоченной клубковой конформацией полипептидных цепей. При этом на комплекс физико-химических свойств получаемых криогенно-структурированных матриц и их макропористую морфологию влияет множество факторов, к основным из которых относятся тип белка, его концентрация в исходном растворе, концентрация сшивающих агентов (если таковые применяются), присутствие и количество растворимых или дисперсных добавок, а также, конечно, режимы криогенного воздействия. Несомненно, что такая многофакторность требует от разработчиков конкретного материала проведения систематических исследований для выявления оптимальных состава раствора предшественников и условий криогенного процесса. Однако, эти усилия как правило «вознаграждаются» достигаемым результатом в виде инновационных практически-значимых материалов, обладающих необходимым, зачастую уникальным, набором свойств.
