Физики МГУ сообщили об обнаружении двух эффектов, которые возникают при воздействии солей хрома на коллаген. Обработка биоматериалов на основе коллагена растворами хрома является наиболее известной методикой химической сшивки коллагена. И хотя она применяется в кожной промышленности на протяжении столетий, эффекты, возникающие при этом процессе, не были до конца изучены, однако ученые восполнили этот пробел. Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules.
Коллаген — это самый распространенный белок животных и человека, имеющий огромное биомедицинское значение. Коллаген является частью сухожилий, костей и кожи. Материалы на основе коллагена широко используются как в медицине, например в тканевой инженерии, так и в производстве продукции для повседневной жизни: косметики, обуви, сумок и т. д.
Одним из основных недостатков коллагеновых биоматериалов является их неустойчивость. Они разлагаются в организме в результате воздействия протеолитических ферментов, таких как коллагеназы. Чтобы замедлить биодеградацию биоматериалов на основе коллагена, а также придать им дополнительную прочность, используются различные методики химической сшивки коллагена, наиболее известной из которых является обработка растворами хрома. Обработка хромом известна в кожной промышленности уже несколько веков как хромовое дубление кожи. Хотя воздействие хрома на волокна коллагена хорошо изучено, оставалось непонятным, как катионы хрома влияют на отдельные молекулы коллагена — тропоколлаген.
Физики МГУ с коллегами обнаружили два эффекта, возникающие при воздействии солей хрома (III) на коллаген: значительное увеличение гибкости молекул тропоколлагена и их агрегация в растворе. Обнаруженные эффекты не зависят от того, какая из трех солей хрома использовалась: ацетат хрома, хлорид хрома или нитрат хрома. Авторами также продемонстрирован одинаковый эффект замедления протеолитического расщепления коллагена, предварительно обработанного разными солями хрома (III).
«В работе использовались два взаимодополняющих метода: атомно-силовая микроскопия (АСМ) и динамическое рассеяние света (ДРС). Для объяснения обнаруженных эффектов предложена модель формирования внутри- и межмолекулярных сшивок коллагена, опосредованных катионами хрома (III)», — рассказала доцент физического факультета МГУ Ирина Сергеева.
«Полученные результаты способствуют лучшему пониманию молекулярных механизмов, лежащих в основе процесса хромового дубления коллагеновых материалов, таких как увеличение гибкости молекул коллагена и перекрестное связывание нескольких молекул коллагена друг с другом. Комбинированный подход, сочетающий в себе АСМ-исследование молекул коллагена на поверхности модифицированного графита и ДРС-анализ растворов коллагена, представляет собой платформу для изучения влияния других факторов на конформацию и физические свойства молекул коллагена», — сообщил ведущий научный сотрудник физического факультета МГУ Евгений Дубровин.
В исследовании также приняли участие исследователи из Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины им. академика Ю. М. Лопухина и Университета Тюбингена.
2022–2031 годы объявлены в России Десятилетием науки и технологий. Среди задач тематического Десятилетия — привлечение в сферу исследований и разработок талантливой молодежи, содействие вовлечению исследователей и разработчиков в решение важнейших задач развития общества и страны, а также повышение доступности информации о достижениях отечественных ученых и перспективах развития науки в стране.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
