セルロース ナノファイバー/ポリ (ビニル アルコール) 多孔質ヒドロゲルの機能化と特性評価および生物学的応用のためのエジプト産プロポリス抽出物

Jun 27, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 7739 (2023) この記事を引用

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ミツバチのプロポリスは最も一般的な天然抽出物の 1 つであり、天然物の抗酸化活性の原因となるフェノール酸とフラボノイドが豊富に含まれているため、生物医学で大きな関心を集めています。 今回の研究では、プロポリス抽出物（PE）が周囲環境中のエタノールによって生成されたことを報告しています。 得られたPEをさまざまな濃度でセルロースナノファイバー(CNF)/ポリビニルアルコール(PVA)に添加し、凍結融解および凍結乾燥法を行って多孔質生理活性マトリックスを開発した。 走査型電子顕微鏡 (SEM) 観察により、調製したサンプルが 10 ～ 100 μm の範囲の孔径を持つ相互接続された多孔質構造を持っていることが示されました。 PE の高速液体クロマトグラフィー (HPLC) の結果では、約 18 種類のポリフェノール化合物が示され、ヘスペレチン (183.7 μg/mL)、クロロゲン酸 (96.9 μg/mL)、カフェ酸 (90.2 μg/mL) が最も多く含まれていました。 抗菌活性の結果は、PE および PE 官能化ヒドロゲルの両方が、大腸菌、ネズミチフス菌、ミュータンス連鎖球菌、およびカンジダ アルビカンスに対して潜在的な抗菌効果を示すことを示しました。 インビトロ試験細胞培養実験では、PE 官能基化ヒドロゲル上の細胞が最も優れた生存率、接着性、および細胞の拡散性を有することが示されました。 まとめると、これらのデータは、生物医学用途の機能性マトリックスとしての CNF/PVA ハイドロゲルの生物学的特徴を強化するプロポリスの生体機能化の興味深い効果を強調しています。

三次元 (3D) 組織様生体適合性材料の最も顕著な用途は、損傷後の組織の再生または治癒を指示することです。 これは、生化学的、生物物理学的手がかり、そして場合によっては機械的刺激を使用して細胞機能を強化することにより、生理学的微小環境を最適化するこれらの材料の能力に依存しています 1,2。 実際、生理活性物質は、細胞の増殖と分化を誘発するだけでなく、治癒プロセスを遅らせる可能性がある炎症反応を最小限に抑える際に、複数の重要な役割を果たします 3,4。 ハイドロゲルは、皮膚、軟骨、骨、血管などのさまざまな組織の治癒に適用できるスマートな生体材料です5。 それらは天然の細胞外マトリックス (ECM) と同様の最適な (3D) 構造を提供し、弾性架橋ネットワークを介してガス、栄養素、老廃物の拡散を可能にします6。 過去数十年にわたり、天然または合成起源のさまざまなポリマー材料が機能性ヒドロゲルの開発に使用されてきました。 繊維強化ヒドロゲルは複合ヒドロゲルの一種であり、通常、ゲルネットワークが繊維構造で強化されて機械的性能が向上し、また膨潤挙動も抑制されます7、8、9。

セルロースは地球上で最も豊富な天然由来のポリマーであり、植物の細胞壁といくつかの動物細胞の主成分です10。 これは、β (1→4) エーテル結合 (グリコシド結合) によって結合された β-d-アンヒドログルコピラノース単位からなる直鎖ホモ多糖です。 形成されたセルロース鎖は水素結合によって結合され、非晶質領域と結晶質領域からなるフィブリルを形成します。 CNF は、非晶質ドメインと高度に秩序化されたドメインが交互に結合した特定のクラスのナノセルロースを意味し、通常はセルロースフィブリルの機械的崩壊によって得られます 11、12。 その結果、CNF は、高い強度、表面積、および調整可能な表面化学を示すナノサイズの生体材料を出現させ、ポリマー、ナノ粒子、小分子、および生体材料との制御された相互作用を可能にしています。 たとえば、CNF はアルギン酸塩とポリビニルアルコールの溶液に埋め込まれ、リン酸カルシウムのその場での石灰化を促進する安定したヒドロゲルを形成しました 13。 また、カルボキシル基を有する2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシル（TEMPO）酸化CNFを、カルボキシル基のアミド化により大豆タンパク質加水分解物にグラフトさせた。 グラフトされた CNF は、2 回シミュレーションされた体液からのヒドロキシアパタイトの石灰化を促進し、新しい生物活性物質を形成しました 14。