Анотація до роботи:

Косенко О.О. Гелеві системи на основі акрилових мономерів для іммобілізації стовбурових клітин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.11 – колоїдна хімія. – Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, Київ, 2008.

Дисертацію присвячено вивченню колоїдно-хімічних закономірностей та умов синтезу біосумісних щодо мезенхімальних стовбурових клітин гідрогелів на основі акрилових мономерів та розробка на їх основі біокомпозитних покрить для лікування опікових ран. Визначено умови проведення радикальної кополімеризації акрилових мономерів, внаслідок чого утворюються біосумісні гідрогелі, для яких характерним є високий водовміст, достатня механічна міцність й еластичність, та внутрішня структура яких характеризується наявністю нанорозмірних порових комірок. Показано, що ефективність іммобілізації й культивування мезенхімальних стовбурових клітин залежить від складу акрилових гелів та підсилюється інкорпоруванням до структури гідрогелю частинок високодисперсного кремнезему.

Досліджено колоїдно-хімічні закономірності, що визначають біосумісність гідрогелів й ефективність іммобілізації клітин на їх поверхні. Показано, що адгезія клітин до акрилових гідрогелів визначається селективною адсорбцією водорозчинних екзометаболітів на поверхні останніх. Запропоновоно уточнений відомий механізм гетероадагуляції клітин до твердих поверхонь. Встановлено закономірності та запропоновано механізми взаємодії гелевих систем з розчинниками різної термодинамічної якості при різних значеннях рН розчину та температури. Досліджено сорбційні властивості акрилових гідрогелів щодо низькомолекулярних та високомолекулярних сполук. Визначено залежність механічних та оптичних параметрів гідрогелів від їх складу. Запропоновано технологічну схему створення біокомпозитних ранових покрить типу «штучна шкіра» призначених для використання при лікуванні опікових ран. Проведено клінічні випробування розроблених ранових покрить.

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється у створенні гідрогелевих систем на основі акрилових мономерів та встановленні колоїдно-хімічних механізмів цілеспрямованого впливу на їх біосумісність з клітинами тваринного походження та ефективність іммобілізації клітин на поверхні гелів.

2. Вперше досліджено колоїдно-хімічні та біохімічні механізми адгезії мезенхімальних стовбурових клітин до поверхні акрилових гелів і встановлено, що гетероадагуляція залежить від адсорбції на гелях водорозчинних екзометаболітів. Для системи «мезенхімальна стовбурова клітина – акриловий гель» доведено вплив далекодіючих та короткодіючих факторів адгезії. Показано, що адсорбція водорозчинних екзометаболітів клітин на поверхні гелів призводить до посилення ступеню гідрофобності полімера, зниження його електрокінетичного потенціалу та величини потенціального бар’єру, розрахованого за теорією ДЛФО. Величина дальньої потенціальної ями при цьому не змінюється і є достатньою для гетероадагуляції (10 kT).

3. Встановлено вплив хімічного складу гелів та наповнювача на процеси іммобілізації та культивування мезенхімальних стовбурових клітин. Виявлено, що оптимальний склад гелю на основі акриламіду та акрилонітрилу для культивування цих клітин має співвідношення мономерних ланок 5:3 та концентрацію зшиваючого агента 0,684%. Введення до складу гелю високодисперсного кремнезему (0,25 % від загальної маси композиції) підвищує приріст біомаси клітин у 5 разів зі скороченням часу культивування від 5 до 3 діб.

4. За результатами дослідження процесів сорбції і десорбції показано, що акрилові гелі, в залежності від хімічного складу, сорбують альбумін людини фізично або хімічно. Наявність ланок акрилонітрилу у співполімерах з акриламідом призводить до фізичної адсорбції білка, а за наявності ланок акрилової кислоти – до хімічного зв`язування. Для поліакриламідних гелів характерною є як фізична, так і хімічна адсорбція білка. При дослідженні сорбції водних розчинів поліетиленгліколю ПЕГ-200 акриловим гелем, який синтезовано з використанням тієї ж речовини у якості пороутворювача, спостерігається збільшення сорбції як розчинника, так і речовини за рахунок підвищення еластичності макромолекулярної сітки полімера. Встановлено, що низькі температури не впливають на сорбційні та механічні властивості гелів, які набухли до рівноважного стану у 10% розчині кріконсерванту.

5. Встановлено, що отримані акрилові гелі, незалежно від хімічного складу, є катіонітами за рахунок значної кількості карбоксильних груп, які утворилися внаслідок лужного гідролізу функціональних груп акриламіду. Статичним рН-метричним титруванням показано, що поліакриламідний гель і співполімери акриламіду й акрилонітрилу сорбують гідроксил-іони лише в сильнолужній області (рН 10-12), а співполімери акриламіду й акрилової кислоти сорбують як гідроксил-іони, так і протони водню (рН 4-12). Адсорбція в кислій області обумовлена утворенням резонансних структур протонованою карбоксильною групою. Показано, що в інтервалі рН = 1-10 ступінь набухання гелів різного складу не змінюється, а при рН=12,5 різко зростає у декілька разів.

6. Показано, що з підвищенням вмісту ланок акрилонітрилу у складі макромолекулярної сітки та ступеню зшивання зростає механічна міцність гелів (до 500 кПа), еластичність (до 350%) та їх гетерогенність і, як наслідок, збільшується коефіцієнт заломлення світла (до 1,4000). Це пояснюється підвищенням ефективної густини зшивання гелю й зниженням молекулярної маси ланки, обмеженої сусідніми зшивками, що й підтверджено розрахунками за теорією Флорі-Хаггінса. Значна еластичність гелів обумовлена пористою внутрішньою структурою (середній розмір макропор – 20 мкм, та нанопор – 20 нм).

7. Запропоновано спосіб та отримано зразки біокомпозитного ранового покриття для лікування опікових ран, ефективність використання якого підтверджено результатами клінічних випробувань.

Публікації автора:

1. Косенко О.О. Кополімерні гідрогелеві мембрани для іммобілізації та культивування стовбурових клітин людини / О.О. Косенко, Л.Л. Лукаш, Ю.М. Самченко, Т.А. Рубан, З.Р.Ульберг, С.І. Лукаш // Біополім. і клітина. – 2006. – Т. 22, № 2. – С. 143-148. (Постановка та проведення експерименту по синтезу гелів та дослідженню їх властивостей, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.)

2. Косенко О.О. Штучний еквівалент шкіри на основі кополімерних гідрогелевих мембран з іммобілізованими мезенхімальними стовбуровими клітинами людини / О.О. Косенко, Л.Л. Лукаш, Ю.М. Самченко, Т.А. Рубан, З.Р. Ульберг, Н.П. Галаган // Біополім. і клітина.– 2006.– Т. 23, № 6.– С.446-451. (Постановка та проведення експерименту по синтезу гелів та дослідженню їх властивостей, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.)

3. Косенко О.А. Гидрогелевые нанореакторы с иммобилизированными мезенхимальными стволовыми клетками / О.А. Косенко, Ю.М. Самченко, З.Р. Ульберг, Л.Л. Лукаш, Г.П. Козинец // Наносистемы, наноматериалы и нанотехнологии. Коллоидные системы и новейшие технологии. – 2007. – Т. 5, спецвып. 1. – С. 173-181. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті.)

4. Пат. UA № 82583, МПК⁷ A61К 31/74, A61К 35/12, A61L 15/00, A61L 27/00, A61Р 17/02. Біосумісний гідрогель медичного призначення та спосіб його одержання / Самченко Ю.М., ЛукашЛ.Л., Косенко О.О., Ульберг З.Р., Рубан Т.О., Козинец Г.П. ; заявники та патентовласники. – № a 2006 07473; заявл. 05.07.06; опубл. 10.01.08., Бюл. № 1. (Постановка та проведення експерименту, проведення патентного пошуку, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні патенту.)

5. Surface properties of copolymeric hydrogels of medical purpose / Kosenko O.A., Samchenko Yu.M., Ulberg Z.R. // Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their thechnological applications: X ukr.-polish symp., 26-30 sept. 2006.: proc. of symp., part 1. – Lviv-Uzlissia, 2006. – .P. 166-167. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)

6. Смачивание сополимерных гидрогелів медиинского назначения / Косенко О.А., Самченко Ю.М., Ульберг З.Р. // Коллоидные системы. Свойства, материалы, применение: междунар. конф.-школа, 28 августа-1сентября 2006 г.: тезисы докл. – Одесса, 2006. – С. 69-70. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)

7. Гідрогелеві матеріали медичного призначення / Самченко Ю.М., Косенко О.О., Ульберг З.Р., Немиро С.А. // Світ. федер. укр. лік. тов.: міжнар. конф., 28-30 серпня 2006 р.: тези доп. – Полтава, 2006. – С. 513-514. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)

8. Методы контроля содержания остаточных мономеров в сополимерных гидрогелях медицинского назначения / Самченко Ю.М., Косенко О.А., Покровский В.А., Герцюк М.Н., Ульберг З.Р. // Аналітичний контроль якості та безпеки продукції промислового виробництва і продовольчої сировини: науч. конф., 22-26 травня 2006 р.: тезисы докл. – Одеса, 2006. – С. 67-68. (Синтез гелів, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)

9. Пористість та сорбційна ємність гідрогелів / Косенко О.О., Самченко Ю.М. // Сучасні проблеми хімії: VII всеукр. конф. студ. та асп., 18-19 травня 2006 р.: тези доп. – К., 2006. – С. 297. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)

10. Capabilities effect of biological covers on a phase of proliferation / Kozinetc G.P., Коvаlеnkо О.M., Lukash L.L., Voronin A.V., Коsеnkо О.O. // 12^th Congress of the European Burn Association, 12-15 sept. 2007: proc. of congr. – Budapesht, Hungary, 2007. – P. 10-11. (Синтез гелів, участь у проведенні експерименту та написанні тез.)

11. Copolymer hydrogels of medical purpose with immobilized medicinal preparations and cells / Samchenko Yu., Ulberg Z., Kosenko O. // Ceramics, cells and tissues: 11^th annual sem. & meeting, 2-5 oct. 2007: proc. of sem. – Faenza, Italy, 2007. – P. 54. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)

12. Сополимерные гидрогели медицинского назначения с иммобилизованными лекарственными препаратами и клетками / Самченко Ю.М., Ульберг З.Р., Косенко О.А. // Нанорозмірні системи: будова, властивості, технології: конф., 21-23 листопада 2007: тези доп. – К., 2007. – С. 436. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)

13. Исследование механизма избирательной биоадгезии-гетерокоагуляции мезенхимальных клеток человека на поверхности акриловых гидрогелей // Косенко О.А., Эстрела-Льопис В.Р., УльбергЗ.Р. // Сучасні проблеми хімії: VIII всеукр. конф. студ. та асп., 21-23 травня 2007 р.: тези доп. – К., 2007. – С. 116. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)

14. On the possible reasons of the selective heteroadagulation of human being mesenchimal cells on the acrylic hydrogel surface / Estrela-Llopis V. R., Ulberg Z.R., Kosenko O.A. // ІІІ междунар. конф. по колл. хим. и физ.-хим. Мех., 24-28 июня 2008: тезисы докл. – М., 2008. – С. 10. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)

15. Синтетичні мембрани на основі гідрогелевих нанореакторів / Самченко Ю.М., КоноваловаВ.В., Побігай В.А., Косенко О.О., Бурбан А.Ф., Ульберг З.Р. // Методи хімічного аналізу: ІІІ міжнар. симп., 27 – 30 травня 2008 р.: тези доп. – Севастополь, 2008. – С. 45-46. (Постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні тез.)