inovmedИнновационная медицина КубаниInnovative Medicine of Kuban2541-9897Scientific Research Institute – Ochapovsky Regional Clinical Hospital No. 110.35401/2541-9897-2025-10-3-76-82inovmed-1276Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕEXPERIMENTAL RESEARCHОценка эксплуатационных свойств полимерных тканеинженерных матриксов на основе коллагена in vitroIn Vitro Assessment of the Performance of Collagen-Based Polymer Matrices for Tissue Engineeringhttps://orcid.org/0000-0001-6121-7412ЛипатовВ. А.LipatovV. A.

Липатов Вячеслав Александрович, д. м. н., проректор по научной работе и инновационному развитию, профессор кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии

305041, Курск, ул. К. Маркса 3

Viacheslav A. Lipatov, Dr. Sci. (Med.), Vice-Rector for Scientific Work and Innovative Development, Professor at the Department of Operative Surgery and Topographic Anatomy

ulitsa Karla Marksa 3, Kursk, 305041

https://orcid.org/0000-0001-5034-8580ДенисовА. А.DenisovA. A.

Денисов Артем Александрович, ассистент кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии

305041, Курск, ул. К. Маркса 3

Artyom A. Denisov, Assistant Professor at the Department of Operative Surgery and Topographic Anatomy

ulitsa Karla Marksa 3, Kursk, 305041

d.artyom21@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-1009-3004КудрявцеваТ. Н.KudryavtsevaT. N.

Кудрявцева Татьяна Николаевна, к. хим. н., доцент, руководитель научно-исследовательской лаборатории органического синтеза

Курск

Tatyana N. Kudryavtseva, Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor, Head of the Research Laboratory of Organic Synthesis

Kursk

https://orcid.org/0000-0002-2862-067XВанинаА. С.VaninaA. S.

Ванина Анастасия Сергеевна, ассистент кафедры химии, научно-исследовательская лаборатория органического синтеза

Курск

Anastasia S. Vanina, Assistant Professor at the Department of Chemistry, Research Laboratory of Organic Synthesis

Kursk

https://orcid.org/0009-0005-7445-7710РуссуЕ. В.RussuE. V.

Руссу Елизавета Валерьевна, студент 6-го курса

305041, Курск, ул. К. Маркса 3

Elizaveta V. Russu, 6th year student

ulitsa Karla Marksa 3, Kursk, 305041

https://orcid.org/0009-0005-8211-4638ПрасоловН. Д.PrasolovN. D.

Прасолов Николай Дмитриевич, студент 6-го курса

305041, Курск, ул. К. Маркса 3

Nikolai D. Prasolov, 6th year student

ulitsa Karla Marksa 3, Kursk, 305041

Курский государственный медицинский университетРоссияKursk State Medical UniversityRussian FederationКурский государственный университетРоссияKursk State UniversityRussian Federation2025300920251037682Copyright © Липатов В.А., Денисов А.А., Кудрявцева Т.Н., Ванина А.С., Руссу Е.В., Прасолов Н.Д., 20252025Липатов В.А., Денисов А.А., Кудрявцева Т.Н., Ванина А.С., Руссу Е.В., Прасолов Н.Д.Lipatov V.A., Denisov A.A., Kudryavtseva T.N., Vanina A.S., Russu E.V., Prasolov N.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.innovmedkub.ru/jour/article/view/1276

Актуальность: Разработка и внедрение в медицинскую практику материалов, способных реструктурировать поврежденные ткани, является одним из перспективных направлений тканевой инженерии и регенеративной медицины.Цель: Изучить физико-механические и химические свойства тканеинженерных матриксов на основе коллагена морского происхождения в сериях опытов in vitro.Материал и методы: В качестве материала исследования выступили 2 опытных образца матриксов на основе коллагена морского происхождения: при изготовлении одного из них в качестве сшивающего агента применяли 10%-й глутаровый альдегид (1-я группа), при производстве второго был добавлен 10%-й глиоксаль (2-я группа). В качестве группы контроля выступил матрикс на основе коллагена крупного рогатого скота (3-я группа). Определяли степень деформации, сорбционную способность единицы массы и объёма, степень адгезии, рН. Статистическую обработку данных осуществляли при помощи ПО Statistica 13.0 Pro (Dell Software Comp., США).Результаты: Степень деформации образцов 3-й группы была на 8,11% ниже, чем в 1-й группе (р=0,99), и на 31,88% ниже, чем во 2-й группе (р=0,0053). Сорбционная способность единицы массы в 3-й группе в 7,2 раза выше, чем в 1-й группе (р=0,0144) и в 18,22 раза выше, чем во 2-й группе (р=0,0001). Сорбционная способность единицы объёма в 3-й группе была в 4 раза выше, чем в 1-й группе (р=0,0102) и в 7,88 раз выше, чем во 2-й группе (р=0,0001). Степень адгезии образцов 1-й группы в 1,32 раза выше, чем во 2-й группе (р≥0,05), и в 1,09 раз выше, чем в 3-й группе (р≥0,05). Уровень рН образцов 3-й группы был в 1,12 раз выше, чем в 1-й группе (р≥0,05), и в 1,17 раз выше, чем во 2-й группе (р=0,0383).Заключение: Таким образом, анализ эксплуатационных свойств выявил множество недостатков экспериментальных об- разцов с добавлением 10%-го глиоксаля, что дает убедительные доводы исключить данную группу из дальнейших этапов исследования. Образцы с добавлением 10%-го глутарового альдегида не уступают, а по некоторым показателя идентичны или превосходят манипуляционные показатели в группе контроля.

Background: The development of materials capable of regenerating damaged tissues and their implementation in medical practice is a promising direction in tissue engineering and regenerative medicine.Objective: To investigate physicomechanical and chemical properties of marine collagen-based matrices for tissue engineering through in vitro experiments.Materials and methods: The study materials included two experimental marine collagen-based matrices: one was produced using 10% glutaraldehyde as a cross-linking agent (Group 1), while 10% glyoxal was added during the production of the second sample (Group 2). A bovine collagen-based matrix served as the control (Group 3). The deformation degree, sorption capacity, adhesion degree, and pH were determined. Statistical analysis was performed using Statistica 13.0 Pro (Dell Software, USA).Results: The deformation degree in group 3 was 8.11% lower than in group 1 (Р = .99) and 31.88% lower than in group 2 (Р = .0053). The sorption capacity (mass) in group 3 was 7.2 times higher than in group 1 (Р = .0144) and 18.22 times higher than in group 2 (Р = .0001). The sorption capacity (volume) in group 3 was 4 times higher than in group 1 (Р = .0102) and 7.88 times higher than in group 2 (Р = .0001). The adhesion degree in group 1 was 1.32 times higher than in group 2 (Р ≥ .05) and 1.09 times higher than in group 3 (Р ≥ .05). The pH level in group 3 was 1.12 times higher than in group 1 (Р ≥ .05) and 1.17 times higher than in group 2 (Р = .0383).Conclusions: The performance analysis revealed numerous shortcomings of the pilot samples with 10% glyoxal, warranting their exclusion from further studies. The samples with 10% glutaraldehyde demonstrated comparable or superior performance to the control group.

скаффолд-технологиитканевая инженерияэксплуатационные свойствафизико-механические свойствахимические свойстваколлагенscaffold technologytissue engineeringperformancephysicomechanical propertieschemical propertiescollagenReferencesVroman I, Tighzert L. Biodegradable polymers. Materials. 2009;2(2):307–344. https://doi.org/10.3390/ma2020307Vroman I, Tighzert L. Biodegradable polymers. Materials. 2009;2(2):307–344. https://doi.org/10.3390/ma2020307Кусков А.Н., Адылина А.П., Тихонова Т.В., Пенкина Ю.А., Кухаренко А.В. Аналитическая химия: физико-химические методы анализа, электрохимические методы. Московский Политех; 2020.Kuskov AN, Adylina AP, Tikhonova TV, Penkina YuA, Kukharenko AV. Analytical Chemistry: Physico-Chemical Methods of Analysis, Electrochemical Methods. Moskovskii Politekh; 2020. (In Russ.).Газетдинов Р.Р., Исламова Д.Г. Определение значений рН водных растворов методом потенциометрии. Заметки ученого. 2021;(11–1):198–200.Gazetdinov RR, Islamova DG. Determination of pH values of aqueous solutions by the method of potentiometry. Zametki uchenogo. 2021;(11–1):198–200. (In Russ.).Панов А.А., Липатов В.А., Северинов Д.А., Денисов А.А., Мишустин В.Н. Сравнительная оценка эксплуатационных свойств кровоостанавливающих аппликационных имплантов. Человек и его здоровье. 2021;24(4):17–23. https://doi.org/10.21626/vestnik/2021-4/03Panov AA, Lipatov VA, Severinov DA, Denisov AA, Mishustin VN. Comparative assessment of the performance properties of hemostatic applications implants. Humans and Their Health. 2021;24(4):17–23. (In Russ.). https://doi.org/10.21626/vestnik/2021-4/03Лебедева А.И., Мараева Е.В. Основные тенденции создания композитных 3D-скаффолдов на основе поликапролактона и гидроксиапатита. Наука настоящего и будущего. 2021;1:98–101.Lebedeva AI, Maraeva EV. Main trends in the creation of 3D composite scaffolds based on polycaprolactone and hydroxyapatite. Nauka nastoyashchego i budushchego. 2021;1:98–101. (In Russ.).Егорихина М.Н., Алейник Д.Я., Рубцова Ю.П. и др. Скаффолд как искусственная ниша для мезенхимальных стволовых клеток. Гены и клетки. 2022;17(3):82–83.Egorikhina MN, Aleinik DYa, Rubtsova YuP, et al. Scaffold as an artificial niche for mesenchymal stem cells. Genes & Cells. 2022;17(3):82–83. (In Russ.).Marolt Presen D, Traweger A, Gimona M, Redl H. Mesenchymal stromal cell-based bone regeneration therapies: from cell transplantation and tissue engineering to therapeutic secretomes and extracellular vesicles. Front Bioeng Biotechnol. 2019;7:352. PMID: 31828066. PMCID: PMC6890555. https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00352Marolt Presen D, Traweger A, Gimona M, Redl H. Mesenchymal stromal cell-based bone regeneration therapies: from cell transplantation and tissue engineering to therapeutic secretomes and extracellular vesicles. Front Bioeng Biotechnol. 2019;7:352. PMID: 31828066. PMCID: PMC6890555. https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00352Курков А.В., Гуллер А.Е., Истранов Л.П. и др. Структурные и механические особенности, биосовместимость, биодеградация и тканевая реакция на имплантацию коллагеновых скаффолдов для тканевой инженерии. Гены и клетки. 2019;14(S):132.Kurkov AV, Guller AE, Istranov LP, et al. Structural and mechanical features, biocompatibility, biodegradation and tissue response to implantation of collagen scaffolds for tissue engineering. Genes & Cells. 2019;14(S):132. (In Russ.).Sundar G, Joseph J, C P, John A, Abraham A. Natural collagen bioscaffolds for skin tissue engineering strategies in burns: a critical review. International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials. 2021;70(9):593–604. https://doi.org/10.1080/00914037.2020.1740991Sundar G, Joseph J, C P, John A, Abraham A. Natural collagen bioscaffolds for skin tissue engineering strategies in burns: a critical review. International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials. 2021;70(9):593–604. https://doi.org/10.1080/00914037.2020.1740991Файзуллин А.Л., Шехтер А.Б., Истранов Л.П. и др. Биорезорбируемые коллагеновые материалы в хирургии: 50 лет успеха. Сеченовский вестник. 2020;11(1):59–70. https://doi.org/10.47093/2218-7332.2020.11.1.59-70Fayzullin AL, Shekhter AB, Istranov LP, et al. Bioresorbable collagen materials in surgery: 50 years of success. Sechenov Medical Journal. 2020;11(1):59–70. (In Russ.). https://doi.org/10.47093/2218-7332.2020.11.1.59-70Murphy CM, Haugh MG, O’Brien FJ. The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagen-glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials. 2010;31(3):461–466. PMID: 19819008. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.09.063Murphy CM, Haugh MG, O’Brien FJ. The effect of mean pore size on cell attachment, proliferation and migration in collagen-glycosaminoglycan scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials. 2010;31(3):461–466. PMID: 19819008. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.09.063Badylak SF, Freytes DO, Gilbert TW. Extracellular matrix as a biological scaffold material: structure and function. Acta Biomater. 2009;5(1):1–13. PMID: 18938117. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2008.09.013Badylak SF, Freytes DO, Gilbert TW. Extracellular matrix as a biological scaffold material: structure and function. Acta Biomater. 2009;5(1):1–13. PMID: 18938117. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2008.09.013Derwin KA, Baker AR, Spragg RK, Leigh DR, Iannotti JP. Commercial extracellular matrix scaffolds for rotator cuff tendon repair. Biomechanical, biochemical, and cellular properties. J Bone Joint Surg Am. 2006;88(12):2665–2672. PMID: 17142417. https://doi.org/10.2106/JBJS.E.01307Derwin KA, Baker AR, Spragg RK, Leigh DR, Iannotti JP. Commercial extracellular matrix scaffolds for rotator cuff tendon repair. Biomechanical, biochemical, and cellular properties. J Bone Joint Surg Am. 2006;88(12):2665–2672. PMID: 17142417. https:// doi.org/10.2106/JBJS.E.01307Liu B, Tan XY, Liu YP, et al. The adjuvant use of stromal vascular fraction and platelet-rich fibrin for autologous adipose tissue transplantation. Tissue Eng Part C Methods. 2013;19(1):1–14. PMID: 22681647. https://doi.org/10.1089/ten.TEC.2012.0126Liu B, Tan XY, Liu YP, et al. The adjuvant use of stromal vascular fraction and platelet-rich fibrin for autologous adipose tissue transplantation. Tissue Eng Part C Methods. 2013;19(1):1–14. PMID: 22681647. https://doi.org/10.1089/ten.TEC.2012.0126Brown B, Lindberg K, Reing J, Stolz DB, Badylak SF. The basement membrane component of biologic scaffolds derived from extracellular matrix. Tissue Eng. 2006;12(3):519–526. PMID: 16579685. https://doi.org/10.1089/ten.2006.12.519Brown B, Lindberg K, Reing J, Stolz DB, Badylak SF. The basement membrane component of biologic scaffolds derived from extracellular matrix. Tissue Eng. 2006;12(3):519–526. PMID: 16579685. https://doi.org/10.1089/ten.2006.12.519Поляков А. В., Богданов С. Б., Марченко Д. Н. К вопросу о лечении донорских ран с использованием клеточных технологий и вакуумной терапии. Инновационная медицина Кубани. 2018.;4(12):34–38Polyakov A. V., Bogdanov S. B., Marchenko D. N. On the issue of treating donor wounds using cellular technologies and vacuum therapy. Innovative Medicine of Kuban. 2018.;4(12):34–38 (In Russ.).Коткас, И. Е., Земляной В. П. Оценка улучшения регенераторной способности печеночной ткани при использовании клеточных технологий после выполнения резекции печени. Инновационная медицина Кубани. 2020;№ 2(18): 51–56. https://doi.org/10.35401/2500-0268-2020-18-2-51-56Kotkas, I. E., Zemlyanoy V. P. Evaluation of the improvement of the regenerative capacity of liver tissue using cellular technologies after liver resection. Innovative Medicine of Kuban. 2020;№ 2(18): 51–56. (In Russ.). https://doi.org/10.35401/2500-0268-2020-18-2-51-56Мелконян К. И., Русинова Т. В., Асякина А. С. Разработка и экспериментальное обоснование использования ацеллюлярного дермального матрикса для герниопластики передней брюшной стенки. Инновационная медицина Кубани. 2023;8(3):71–79. https://doi.org/10.35401/2541-9897-2023-26-3-71-79Melkonyan K. I., Rusinova T. V., Asyakina A. S. Development and experimental justification of the use of acellular dermal matrix for hernioplasty of the anterior abdominal wall. Innovative Medicine of Kuban. 2023;8(3):71–79. (In Russ.). https://doi.org/10.35401/2541-9897-2023-26-3-71-79

The authors declare that there are no conflicts of interest present.