vestimИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия медицинских наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Medical series1814-60232524-2350The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1814-6023-2019-16-1-46-55vestim-475Research ArticleКЛИНИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНАCLINICAL AND EXPERIMENTAL MEDICINEИспользование биодеградируемых материалов на основе альгината и пектинов в профилактике спайкообразованияApplication of bioderadable materials based on alginate and pectin to prevent the formation of peritoneal adhesionsЖураА. В.ZhuraA. V.

Жура Александр Владимирович – кандидат медицинских наук, доцент

пр. Дзержинского, 83, 220116, г. Минск

Alexandr V. Zhura – Ph. D. (Med.), Assistant Professor

83, Dzerzhinski Ave., 220116, Minsk

av_zhura@mail.ruКуликовскаяВ. И.KulikouskayaV. I.

Куликовская Виктория Игоревна – кандидат химических наук, доцент, заведующий лабораторией

ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск

Viktoryia I. Kulikouskaya – Ph. D. (Chem.), Assistant Professor, Head of the Laboratory

36, F. Skoryna Str., 220141, Minsk

kulikouskaya@gmail.comГилевскаяК. С.HileuskayaK. S.

Гилевская Ксения Сергеевна – кандидат химических наук, старший научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск

Kseniya S. Hileuskaya – Ph. D. (Chem.), Senior researcher

36, F. Skoryna Str., 220141, Minsk

КрасковскийА. Н.KraskouskiA. N.

Красковский Александр Николаевич – младший научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск

Aliaksandr N. Kraskouski – Junior researcher

36, F. Skoryna Str., 220141, Minsk

ТретьякС. И.TretyakS. I.

Третьяк Станислав Иванович – член-корреспондент, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой

пр. Дзержинского, 83, 220116, г. Минск

Stanislaw I. Tretyak – Corresponding Member, D. Sc. (Med.), Professor, Head of the Department

83, Dzerzhinski Ave., 220116, Minsk

surg2@bsmu.byАгабековВ. Е.AgabekovV. E.

Агабеков Владимир Енокович – академик, доктор химических наук, профессор, директор

ул. Ф. Скорины, 36, 220141, г. Минск

Vladimir E. Agabekov – Academician, D. Sc. (Chem.), Professor, Director

36, F. Skoryna Str., 220141, Minsk

Белорусский государственный медицинский университетBelarusian State Medical UniversityИнститут химии новых материалов НАН БеларусиInstitute of Chemistry of New Materials of the National Academy of Sciences of Belarus2019120320191614655Copyright © Жура А.В., Куликовская В.И., Гилевская К.С., Красковский А.Н., Третьяк С.И., Агабеков В.Е., 20192019Жура А.В., Куликовская В.И., Гилевская К.С., Красковский А.Н., Третьяк С.И., Агабеков В.Е.Zhura A.V., Kulikouskaya V.I., Hileuskaya K.S., Kraskouski A.N., Tretyak S.I., Agabekov V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestimed.belnauka.by/jour/article/view/475

Проблема лечения и профилактики спаек брюшины остается высокоактуальной и в настоящее время. Одним из способов предотвращения спайкообразования в брюшной полости является применение биодеградируемых гелей и мембран. Целью исследования являлись разработка и экспериментальная оценка новых биодеградируемых материалов на основе альгинатов и пектинов. Альгинатный гидрогель изготавливали с 4,0; 7,0 и 10,0 мас. % содержанием альгината натрия. Золи пектинов разной степени этерификации и амидирования синтезировали методом «зеленой химии». Для получения пленок и пористых матриц применяли методы полива (solution casting method) и криоструктурирования (freeze-drying technique). Изготовленные материалы изучали in vitro и in vivo в эксперименте, оценивая их физические свойства, биосовместимость, биодеградируемость, противоспаечное действие, возможность использования в качестве матрикса для трансплантации мезенхимальных стволовых клеток (МСК). Применение 7,0 мас. % альгинатного гидрогеля не вызвало послеоперационных осложнений и привело к образованию спаек только в 10 % случаев (в группе сравнения – в 85,7 %). Полученные методом полива пектиновые пленки деформировались в физиологическом растворе и питательной среде. In vivo биодеградации пленок не было, отмечены абсцессы и инфильтраты в брюшной полости. Кроме того, МСК к поверхности таких пленок не прикреплялись. Пористые пектиновые матрицы, полученные путем freeze-drying technique, частично разлагались уже в физиологическом растворе. В эксперименте их биодеградация отмечалась у половины животных с образованием в 25 % невыраженных спаек. При дальнейшем изучении отмечено хорошее прикрепление МСК к их поверхности, в том числе и внутри пор, с сохранением жизнеспособности клеточной культуры. Высокая степень биодеградации, хорошая биосовместимость, противоспаечная способность разработанных на основе альгинатного геля и пористых пектиновых матриксов материалов свидетельствует о возможности их применения в качестве носителей для клеточных трансплантаций при разработке новых методов лечения перитонеальных спаек

Treatment of peritoneal adhesions are still of great importance today. One of the prophylactic measures is biodegradable gels and membranes. The objective of the investigation was to develop and to experimentally assess new materials based on pectin and alginate. Alginate hydrogel was prepared with 4.0, 7.0 and 10.0 weight per cent. The pectin sols were synthesized by the “green chemistry” method. To make flms and porous membranes the solution casting method and the freeze-drying technique were used accordingly. The materials were studied in vitro and in vivo. Their physical properties, biocompatibility, biodegradability, adhesion, the prevention effect, the possibility of using as a matrix for mesenchymal stem cell transplantation were assessed. Alginate hydrogel of 7.0 weight per cent didn’t cause postoperative complications and led to low adhesions incidence – in 10 % of cases (in the comparison group – 85.7 %). Pectin flms obtained by the solution casting method became deformed already in the physiological solution. Biodegradation of the flms was absent in the experiment, abscesses and infltrates in the abdominal cavity were noted. Mesenchymal stem cells didn’t attach to such flms. Porous pectin matrices synthetized by the freeze-drying technique became partially decomposed already in the physiological solution. In the experiment, these membranes were biodegraded in half animals with the formation of mild adhesions only in 25 %. Mesenchymal stem cells showed a good attachment to their surface. The developed materials based on alginate gel and porous pectin membranes showed a high biodegradation, good biocompatibility, adhesion the prevention effect and the possibility of using as a matrix for stem cells transplantation.

брюшинные спайкиальгинатыпектиныбиодеградациямезенхимальные стволовые клеткиperitoneal adhesionsalginatepectinbiodegradationmesenchymal stem cellsReferencesPeritoneal adhesions: etiology, pathophysiology, and clinical signifcance. Recent advances in prevention and management / T. Liakakos [et al.] // Dig. Surg. – 2001. – Vol. 18, N 4. – P. 260–273. https://doi.org/10.1159/000050149Liakakos T., Thomakos N., Fine P. M., Dervenis C., Young R. L. Peritoneal adhesions: etiology, pathophysiology, and clinical signifcance. Recent advances in prevention and management. Digestive Surgery, 2001, vol. 18, no. 4, pp. 260–273. https://doi.org/10.1159/000050149Barbul, A. In brief [Abdominal adhesions] / A. Barbul // Curr. Probl. Surg. – 2015. – Vol. 52, N 7. – P. 266–269. https://doi.org/10.1067/j.cpsurg.2015.05.003Barbul A. In brief [Abdominal adhesions]. Current Problems in Surgery, 2015, vol. 52, no. 7, pp. 266–269. https://doi.org/10.1067/j.cpsurg.2015.05.003Intra-abdominal adhesions: defnition, origin, signifcance in surgical practice, and treatment options / D. Brüggmann [et al.] // Dtsch. Arztebl. Int. – 2010. – Vol. 107, N 44. – P. 769–775. https://doi.org/10.3238/arztebl.2010.0769Brüggmann D., Tchartchian G., Wallwiener M., Münstedt K., Tinneberg H. R., Hackethal A. Intra-abdominal adhesions: defnition, origin, signifcance in surgical practice, and treatment options. Deutsches Ärzteblatt International, 2010, vol. 107, no. 44, pp. 769–775. https://doi.org/10.3238/arztebl.2010.0769Спаечная болезнь брюшной полости / А. А. Андреев [и др.] // Вестн. эксперим. и клин. хирургии. – 2017. – Т. 10, № 4. – С. 320–326.Andreev A. A., Ostroushko A. P., Sotnikova E. S., Kir’yanova D. V., Britikov V. N. Peritoneal adhesion disease. Vestnik eksperimental’noi i klinicheskoi khirurgii = Journal of Experimental and Clinical Surgery, 2017, vol. 10, no. 4, pp. 320–326 (in Russian).Кондратович, Л. М. Основы понимания формирования спаечного процесса в брюшной полости. интраоперационная профилактика противоспаечными барьерными препаратами (обзор литературы) / Л. М. Кондратович // Вестн. новых мед. технологий. – 2014. – Т. 21, № 3. – С. 169–173.Kondratovich L. M. Understanding of the peritoneal adhesions formation. Intraoperative prophylaxis with antiadhesion barriers (review of literature). Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologii = Journal of New Medical Technologies, 2014, vol. 21, no. 3, pp. 169–173 (in Russian).Benefts and harms of adhesion barriers for abdominal surgery: a systematic review and meta-analysis / R. P. Broek [et al.] // Lancet. – 2014. – Vol. 383, N 9911. – P. 48–59. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(13)61687-6Broek R. P., Stommel M. W. J., Strik C., van Laarhoven C. J. H. M., Keus F., van Goor H. Benefts and harms of adhesion barriers for abdominal surgery: a systematic review and meta-analysis. Lancet, 2014, vol. 383, no. 9911, pp. 48–59. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(13)61687-6Preparation of stable sols of silver nanoparticles in aqueous pectin solutions and properties of the sols / M. K. A. AlMuhanna [et al.] // Colloid. J. – 2015. – Vol. 77, N 6. – P. 677–684. https://doi.org/10.1134/s1061933x15060022Al-Muhanna M. K. A., Hileuskaya K. S., Kulikouskaya V. I., Kraskouski A. N., Agabekov V. E. Preparation of stable sols of silver nanoparticles in aqueous pectin solutions and properties of the sols. Colloidal Journal, 2015, vol. 77, no. 6, pp. 677–684. https://doi.org/10.1134/s1061933x15060022Экспериментальная модель перитонеальных спаек / А. В. Жура [и др.] // Новости хирургии. – 2017. – № 4. – С. 333–339.Zhura A. V., Tret’yak S. I., Khryshchanovich V. Ya., Makarevich Zh. A. Experimental model of peritoneal adhesions. Novosti khirurgii [News of surgery], 2017, no. 4, pp. 333–339 (in Russian).Клинические возможности применения аутогенных мультипотентных мезенхимных стромальных клеток жировой ткани при лечении пациентов с трофическими язвами нижних конечностей / Е. В. Баранов [и др.] // Гены и клетки. – 2008. – Т. 8, № 2. – С. 79–84.Baranov E. V., Tret’yak S. I., Vasilevich I. B., Lobanok E. S., Volotovskii I. D. Clinical possibilities of autogenic multipotent mesenchymal stromal cells from adipose tissue in treatment of patients with ulcers of low extremities. Geny i kletki [Genes and cells], 2008, vol. 8, no. 2, pp. 79–84 (in Russian).Kassem, М. Mesenchymal stem cells: cell biology and potential use in therapy / М. Kassem, M. Kristiansen, B. M. Abdallah // Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. – 2004. – Vol. 95, N 5. – P. 209–2014. https://doi.org/10.1111/j.1742-7843.2004.pto950502.xKassem М., Kristiansen M., Abdallah B. M. Mesenchymal stem cells: cell biology and potential use in therapy. Basic and Clinical Pharmacology and Toxicology, 2004, vol. 95, no. 5, pp. 209–2014. https://doi.org/10.1111/j.1742-7843.2004.pto950502.xHerrick, S. E. Mesothelial progenitor cells and their potential in tissue engineering / S. E. Herrick, S. E. Mutsaers // Int. J. Biochem. Cell Biol. – 2004. – Vol. 36, N 4. – P. 621–642. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2003.11.002Herrick S. E., Mutsaers S. E. Mesothelial progenitor cells and their potential in tissue engineering. International Journal of Biochemistry and Cell Biology, 2004, vol. 36, no. 4, pp. 621–642. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2003.11.002Lucas, P. A. Stem cells for mesothelial repair: an understudied modality / P. A. Lucas // Int. J. Artif. Organs. – 2007. – Vol. 30, N 6. – P. 550–556. https://doi.org/10.1177/039139880703000613Lucas P. A. Stem cells for mesothelial repair: an understudied modality. International Journal of Artifcial Organs, 2007, vol. 30, no. 6, pp. 550–556. https://doi.org/10.1177/039139880703000613Effect of rat mesenchymal stem cells on development of abdominal adhesions after surgery / P. A. Lucas [et al.] // J. Surg. Res. – 1996. – Vol. 62, N 2. – P. 229–232. https://doi.org/10.1006/jsre.1996.0200Lucas P. A., Warejcka D. J., Zhang L.-M., Newman W. H., Young H. E. Effect of rat mesenchymal stem cells on development of abdominal adhesions after surgery. Journal of Surgical Research, 1996, vol. 62, no. 2, pp. 229–232. https://doi.org/10.1006/jsre.1996.0200Клеточные технологии для регенеративной медицины : сб. материалов 2-й Всерос. шк.-конф. для молодых ученых, 17–21 окт. 2011 г. на базе Ин-та цитологии РАН / под ред. Г. П. Пинаева [и др.]. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2011. – 332 с.Cell technologies for regenerative medicine: a collection of materials of the 2nd All-Russian School-Conference for Young Scientists, October 17–21, 2011 on the basis of the Institute of Cytology of the Russian Academy of Sciences. SanktPeterburg, Publishing house of the Polytechnic University, 2011. 332 p. (in Russian).3D porous calcium-alginate scaffolds cell culture system improved human osteoblast cell clusters for cell therapy / C.-Y. Chen [et al.] // Theranostics. – 2015. – Vol. 5, N 6. – P. 643–655. https://doi.org/10.7150/thno.11372Chen C.-Y., Ke C.-J., Yen K.-C., Hsieh H.-C., Sun J.-Sh., Lin F.-H. 3D porous calcium-alginate scaffolds cell culture system improved human osteoblast cell clusters for cell therapy. Theranostics, 2015, vol. 5, no. 6, pp. 643–655. https://doi.org/10.7150/thno.11372Alginate-chitosan/hydroxyapatite polyelectrolyte complex porous scaffolds: preparation and characterization / J. Han [et al.] // Int. J. Biol. Macromol. – 2010. – Vol. 46, N 2. – P. 199–205. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2009.11.004Han J., Zhou Z., Yin R., Yang D., Nie J. Alginate-chitosan/hydroxyapatite polyelectrolyte complex porous scaffolds: preparation and characterization. International Journal of Biological Macromolecules, 2010, vol. 46, no. 2, pp. 199–205. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2009.11.004Shapiro, L. Novel alginate sponges for cell culture and transplantation / L. Shapiro, S. Cohen // Biomaterials. – 1997. – Vol. 18, N 8. – P. 583–590. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(96)00181-0Shapiro L., Cohen S. Novel alginate sponges for cell culture and transplantation. Biomaterials, 1997, vol. 18, no. 8, pp. 583–590. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(96)00181-0Effcacy and safety of sepraflm for preventing postoperative abdominal adhesion: systematic rewiew and metaanalysis / Q. Zeng [et al.] // World J. Surg. – 2007. – Vol. 31, N 11. – P. 2125–2131. https://doi.org/10.1007/s00268-007-9242-9Zeng Q., Yu. Z., You J., Zhang Q. Effcacy and safety of sepraflm for preventing postoperative abdominal adhesion: systematic rewiew and meta-analysis. World Journal of Surgery, 2007, vol. 31, no. 11, pp. 2125–2131. https://doi.org/10.1007/s00268-007-9242-9Biofunctionalized pectin hydrogels as 3D cellular microenvironments / S. Neves [et al.] // J. Mat. Chem. B. – 2015. – Vol. 3, N 10. – P. 2096–2108. https://doi.org/10.1039/c4tb00885eNeves S. C., Gomes D. B., Sousa A., Bidarra S. J., Petrini P., Moroni L., Barrias C. C., Granja P. L. Biofunctionalized pectin hydrogels as 3D cellular microenvironments. Journal of Materials Chemistry B, 2015, vol. 3, no. 10, pp. 2096–2108. https://doi.org/10.1039/c4tb00885eLayer by layer buildup of polysaccharide-containing flms: physi-co-chemical properties and mesenchymal stem cells adhesion / V. Kulikouskaya [et al.] // J. Biomed. Mat. Res. Pt. A. – 2018. – Vol. 106, N 8. – P. 2093–2104. https://doi.org/10.1002/jbm.a.36408Kulikouskaya V. I., Pinchuk S. V., Hileuskaya K. S., Kraskouski A. N., Vasilevich I. B., Matievski K. A., Agabekov V. E., Volotovski I. D. Layer by layer buildup of polysaccharide-containing flms: physi-co-chemical properties and mesenchymal stem cells adhesion. Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 2018, vol. 106, no. 8, pp. 2093–2104. https://doi.org/10.1002/jbm.a.36408Получение гидрогеля на основе нанокомпозита пектин-Ag, обладающего собственной антимикробной активностью / К. С. Гилевская [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2018. – T. 62, № 4. – C. 432–438.Gilevskaya K. S., Kraskovskii A. N., Ladut’ko E. I., Novik G. I., Agabekov V. E. Preparation and properties of kanamycin-containing hydrogels based on pectin-Ag. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2018, vol. 62, no. 4, pp. 432–438 (in Russian).

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