Исследование свойств наноразмерного карбоната кальция, стабилизированного гиалуроновой кислотой

Аннотация

Представлена методика синтеза и исследованы свойства образцов наноразмерного карбоната кальция, стабилизированного биополимером --- гиалуроновой кислотой. Образцы получалены методом химического осаждения в водной среде: в качестве кальцийсодержащего прекурсора использован уксуснокислый кальций, стабилизатора --- гиалуроновая кислота, осадителя --- карбонат аммония. Проведено исследование образца наноразмерного карбоната кальция, модифицированного биополимером (гиалуроновой кислотой), методами динамического рассеяния света, акустической и электроакустической спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового и компьютерного квантовохимичеcкого моделирования. Результаты анализа фотонной корреляционной спектроскопии показали, что образец имеет гидродинамический радиус менее 30 нм и близкое к нулю значение электрокинетического потенциала. Исследование фазового состава показало, что образец имеет одну фазу с ромбоэдрической кристаллической решеткой. С использованием анализа микроструктуры наноразмерного карбоната кальция, стабилизированного гиалуроновой кислотой, установлено следующее: образец представлен кубическими частицами размерами 0,3...5 мкм, которые состоят из наночастиц меньшего размера. Квантовохимическое моделирование позволило определить оптимальную модель молекулярного комплекса наночастиц карбоната кальция с гиалуроновой кислотой и ее квантовые характеристики

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России (проект FSRN-2023-0037)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Блинов А.В., Рехман З.А., Аскерова А.С. и др. Исследование свойств наноразмерного карбоната кальция, стабилизированного гиалуроновой кислотой. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2024, № 6 (117), с. 72--87. EDN: BXLDEW

Литература

[1] Cieza A., Causey K., Kamenov K., et al. Global estimates of the need for rehabilitation based on the Global Burden of Disease study 2019: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. The Lancet, 2020, vol. 396, iss. 10267, pp. 2006--2017. DOI: https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)32340-0

[2] Ponkilainen V., Kuitunen I., Liukkonen R., et al. The incidence of musculoskeletal injuries: a systematic review and meta-analysis. Bone Joint Res., 2022, vol. 11, iss. 11, pp. 814--825. DOI: https://doi.org/10.1302/2046-3758.1111.BJR-2022-0181.R1

[3] Кирилова И.А., Фомичев Н.Г., Подорожная В.Т. и др. Новые виды материалов для костной пластики в свете современных представлений о костных трансплантатах. Хирургия позвоночника, 2007, № 2, с. 66--70. EDN: IBZTSD

[4] Попков А.В. Биосовместимые имплантаты в травматологии и ортопедии (обзор литературы). Гений ортопедии, 2014, № 3, с. 94--99. EDN: SNRZXD

[5] Базаров Н.И., Нарзулоев В.А., Усмонов Х.С. и др. Некоторые аспекты костной аутотрансплантации при костных новообразованиях и опухолеподобных процессах. Вестник Авиценны, 2009, № 4, с. 34--40. EDN: SNEDOH

[6] Кирилова И.А., Садовой М.А., Подорожная В.Т. и др. Керамические и костно-керамические имплантаты: перспективные направления. Хирургия позвоночника, 2013, № 4, с. 52--62. EDN: RKRELP

[7] Буякова С.П., Хлусов И.А., Кульков С.Н. Пористая циркониевая керамика для эндопротезирования костной ткани. Физическая мезомеханика, 2004, т. 7, № S1-2, с. 127--130. EDN: ISCSCL

[8] Полунина Е.С., Джакеева А.И., Беляков А.В. и др. Композиционные биоактивные материалы, содержащие фосфаты кальция и арагонит. Успехи в химии и химической технологии, 2012, т. 26, № 6, с. 52--54. EDN: RCCHCJ

[9] Кирилова И.А., Таранов О.С., Подорожная В.Т. Остеоинтеграция композиционных костно-керамических материалов в эксперименте. Хирургия позвоночника, 2014, № 4, с. 80--87. EDN: TODHDN

[10] Калита В.И., Маланин Д.А., Мамаева В.А. и др. Модификация поверхностей внутрикостных имплантатов: современные исследования и нанотехнологии. Вестник ВолГМУ, 2009, № 4, с. 17--22. EDN: KYMDRX

[11] Котлярова М.С., Архипова А.Ю., Мойсенович А.М. и др. Биорезорбируемые скаффолды на основе фиброина для регенерации костной ткани. Вестник Московского университета. Сер. 16. Биология, 2017, т. 72, № 4, с. 222--228. EDN: ZISVRP

[12] Иванов А.Н., Норкин И.А., Пучиньян Д.М. Возможности и перспективы использования скаффолд-технологий для регенерации костной ткани. Цитология, 2014, т. 56, № 8, с. 543--548. EDN: SIWGGT

[13] Садовой М.А., Ларионов П.М., Самохин А.Г. и др. Клеточные матрицы (скаффолды) для целей регенерации кости: современное состояние проблемы. Хирургия позвоночника, 2014, № 2, с. 79--86. EDN: YSREXR

[14] Кузнецова Д.С., Тимашев П.С., Баграташвили В.Н. и др. Костные имплантаты на основе скаффолдов и клеточных систем в тканевой инженерии (обзор). СТМ, 2014, т. 6, № 4, с. 202--212. EDN: TFASDJ

[15] Терещенко В.П., Ларионов П.М., Кирилова И.А. и др. Материалы и методы тканевой инженерии костной ткани. Хирургия позвоночника, 2016, т. 13, № 1, с. 72--81. DOI: https://doi.org/10.14531/ss2016.1.72-81

[16] Забелин С.Ф., Коновалова Ж.Ю. Анализ технологий получения биокерамики для имплантатов. Ученые записки Забайкальского государственного университета, 2016, т. 11, № 4, с. 85--90. EDN: WLZXUX

[17] Malone P.G., Torres-Cancel K., Moser R.D., et al. Influence of temperature on calcium carbonate polymorph formed from ammonium carbonate and calcium acetate. J. Nanotech Smart Mater., 2014, vol. 1, pp. 1--6. DOI: http://dx.doi.org/10.17303/jnsm.2014.105

[18] Cheng H., Zhang X., Song H. Morphological investigation of calcium carbonate during ammonification-carbonization process of low concentration calcium solution. J. Nanomater., 2014, vol. 214, art. 503696. DOI: https://doi.org/1155/2014/503696

[19] Прохоров М., Кислов А., Елистратов Д. и др. Влияние остеомеда на консолидацию переломов костей. Врач, 2016, № 2, с. 68--69. EDN: VQZUOX

[20] Erfanian A., Mirhosseini H., Manap M.Y.A., et al. Influence of nano-size reduction on absorption and bioavailability of calcium from fortified milk powder in rats. Food Res. Int., 2014, vol. 66, pp. 1--11. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2014.08.026

[21] Пирогов М.А., Блинов А.В., Шевченко И.М. и др. Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия карбоната кальция с биополимерами. Современная наука и инновации, 2023, № 4, с. 130--137. DOI: https://doi.org/10.37493/2307-910X.2023.4.14

[22] Huang S., Chen J.C., Hsu C.W., et al. Effects of nano calcium carbonate and nano calcium citrate on toxicity in ICR mice and on bone mineral density in an ovariectomized mice model. Nanotechnology, 2009, vol. 20, no. 37, art. 375102. DOI: https://doi.org/10.1088/0957-4484/20/37/375102

[23] Shahnazari M., Martin B.R., Legette L.L., et al. Diet calcium level but not calcium supplement particle size affects bone density and mechanical properties in ovariectomized rats. J. Nutr., 2009, vol. 139, iss. 7, pp. 1308--1314. DOI: https://doi.org/10.3945/jn.108.101071

[24] Захарова И.Н., Творогова Т.М., Васильева С.В. и др. Остеотропные микронутриенты и их влияние на ремоделирование костной ткани у подростков. Педиатрия. Consilium Medicum, 2020, № 2, с. 72--79. DOI: https://doi.org/10.26442/26586630.2020.2.200240

[25] Eurov D.A., Shvidchenko A.V., Kurdyukov D.A. Electrostatic stabilization of hydrosols of calcium carbonate nanoparticles synthesized by the template method. Colloid J., 2020, vol. 82, no. 2, pp. 115--121. DOI: https://doi.org/10.1134/S1061933X20020040

[26] Fadia P., Tyagi S., Bhagat S., et al. Calcium carbonate nano- and microparticles: synthesis methods and biological applications. Biotech, 2021, vol. 11, art. 457. DOI: https://doi.org/10.1007/s13205-021-02995-2

[27] Ranjan R., Narnaware S.D., Patil N.V. A novel technique for synthesis of calcium carbonate nanoparticles. Natl. Acad. Sci. Lett., 2018, vol. 41, no. 6, pp. 403--406. DOI: https://doi.org/10.1007/s40009-018-0704-4

[28] Zheng Z., Patel M., Patel R. Hyaluronic acid-based materials for bone regeneration: a review. React. Funct. Polym., 2022, vol. 171, art. 105151. DOI: https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2021.105151

[29] Zamboni F., Wong C.K., Collins M.N. Hyaluronic acid association with bacterial, fungal and viral infections: can hyaluronic acid be used as an antimicrobial polymer for biomedical and pharmaceutical applications? Bioact. Mater., 2023, vol. 19, pp. 458--473. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.04.023

[30] Блинов А.В., Гвозденко А.А., Ясная М.А. и др. Синтез, структура и свойства наночастиц карбоната кальция, стабилизированного аминополисахаридом. Технологии аддитивного производства, 2024, т. 2, № 1, с. 5--13. EDN: EPEPNV