Хитозан — перспективное для науки соединение, которое может стать основой новых медицинских материалов и изделий. Ученые ФИЦ биотехнологии РАН синтезировали производные хитозана, которые помогают быстрее останавливать кровотечения, сохраняя при этом его минимальную токсичность. Работа была выполнена совместно с коллегами из ФГБУ «НМИЦ Гематологии» Минздрава РФ и Центра теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН. Результаты опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules.
Хитозан — линейный полисахарид, состоящий из случайной последовательности звеньев-мономеров двух типов: D-глюкозамина и N-ацетил-D-глюкозамина. Его получают из хитина, который содержится, например, в панцирях крабов, внешней жесткой оболочке (экзоскелете) насекомых и клеточной стенке грибов. Свойства хитозана позволяют делать из него биоразлагаемые и нетоксичные материалы, которые можно применять в хирургии, для адресной доставки лекарств и других медицинских целей. Исследования в области «хитозановых гемостатиков» — то есть производных с кровоостанавливающими свойствами, — начались с несколькихпубликаций 1980-х годов, где было обнаружено, что хитозан способен агрегировать с кровью и ее компонентами.
«В протонированный форме хитозан представляет собой поликатион, который неспецифическим образом взаимодействует с компонентами крови и вызывает их агрегацию. Это означает, что они слипаются в сгусток, который помогает прекратить кровотечение. Несмотря на то, что в настоящее время на рынке имеется множество коммерческих продуктов такого типа, вопрос их реальной эффективности часто является дискуссионным. Мы химически модифицировали хитозан, чтобы получить полимер с улучшенными свойствами», — рассказал ведущий автор работы Алексей Луньков, научный сотрудник лаборатории инженерии биополимеров ФИЦ биотехнологии РАН. Исследования были проведены в рамках внутреннего гранта Центра на поддержку исследований молодых ученых.
Ученые последовательно ввели два различных заместителя по NH2-группе хитозана и получили ряд соединений, из которых затем выбрали наиболее активные структуры, способные к агрегации в контакте с кровью. Оказалось, что эффективность полученных соединений в экспериментах in vitro и in vivo значительно выше, чем у хитозана.
В предварительных экспериментах с синтезированными производными на донорской крови было обнаружено аномальное сокращение времени рекальцификации крови, или ВРК. Это означало, что как минимум один из этапов свертывания крови проходит очень быстро. При добавлении образцов соединений DHBC-OB и DHBC-N3 этот показатель менялся намного сильнее, чем это характерно для самого хитозана. Оба производных содержали 3,4-дигидроксибензильный фрагмент.
Исследователи выдвинули гипотезу, что добавление этих соединений ведет к неспецифической агрегации компонентов крови. Для подтверждения этого предположения они провели качественную оценку гелеобразования при контакте с кровью. Для этого ученые проверили действие растворов производных хитозана на так называемую цитратную кровь. В норме цитратная кровь не должна сворачиваться, так как содержит антикоагулянт. Однако после добавления образцов смесь превращалась в гель через 15 минут инкубации при температуре 37°С, тогда как хитозан не оказывал такого воздействия — образовывались лишь малые отдельные сгустки.
Для оценки гемостатической способности исследуемых соединений in vivo ученые использовали стандартную модель кровотечения на лабораторных животных. Поврежденный хвост мыши погружали в исследуемый раствор и замеряли время остановки крови. При использовании хитозана среднее время кровотечения было примерно в 1,4 раза короче по сравнению с контролем (H2O). Когда исследователи добавляли производные хитозана, период сокращался еще больше — примерно в 2,5 раза. Поскольку чрезмерная коагуляция может нанести вред организму, исследователи провели дополнительные тесты тромбодинамики — в низкой концентрации соединения не вызывали коагуляцию плазмы и агрегацию тромбоцитов, то есть не нарушали свертывающую систему крови.
«При этом, по данным MTT-теста на различных клеточных линиях 3T3, HepG2 и Huh7 — цитотоксичность полученных нами соединений не превышала токсичность исходного хитозана. Это значит, что новые вещества не должны представлять угрозу для организма. В перспективе исследование может послужить отправной точкой для разработки гемостатических материалов с улучшенными свойствами», — отметила соавтор работы Бальжима Шагдарова, старший научный сотрудник лаборатории инженерии биополимеров ФИЦ Биотехнологии РАН.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
