Введение 4
1.Обзор литературы 6
1.1. Природные полимеры в медицине 6
1.2. Синтез и свойства бактериальной целлюлозы 9
1.3. Применение бактериальной целлюлозы 13
1.3.1. Применение БЦ в пищевой промышленности 13
1.3.2. Применение БЦ в медицине 14
1.3.3. Применение БЦ в косметической промышленности 16
1.4. Компоненты для косметических масок 18
2. Материалы и методы исследования 21
2.1. Получение бактериальной целлюлозы 21
2.2. Исследование свойств пленок БЦ 22
2.3. Исследование свойств адсорбции и десорбции пленок БЦ 24
2.4. Исследование способности БЦ поддерживать рост и адгезию клеток 25
2.5 Оценка жизнеспособности фибробластов 25
2.6. Окрашивание флуоресцентным красителем DAPI 26
2.7. Статистический анализ данных 26
3. Результаты и обсуждения исследований 28
3.1. Получение пленок бактериальной целлюлозы 28
3.2. Характеристики пленок БЦ 29
3.3. Электронная микроскопия 30
3.4. Свойства поверхности пленок БЦ 31
3.5. Физико-механические характеристики пленок БЦ 32
3.6. Адсорбционные и десорбционные свойства пленок БЦ 33
3.7. Исследование утилизации субстрата при выращивании БЦ 35
3.8. Исследование адгезионных свойств пленок БЦ в культуре клеток 35
Выводы 38
Список используемых источников
В настоящее время производство бактериальных экзополисахаридов (ЭПС) считается одной из наиболее многообещающих областей биотехнологии [1]. Особенное внимание завлекает бактериальная целлюлоза (БЦ), которая не вызывает аллергических реакций, обладает такими уникальными свойствами как пористость и биологическая совместимость, а также высокая влагоемкость. Бактериальная целлюлоза, в отличие от растительной, считается химически чистым внеклеточным продуктом, ведь она не содержит лигнина, восков и жиров. Ее молекулы могут образовывать микрофибриллы, которые в сто раз тоньше микрофибрилл растительный целлюлозы, получается, что это такие структурные элементы наноуровнего размера и за счет правильного расположения волокон степень кристалличности БЦ может достигать 70 - 89 %.
Особое место в повышении выхода БЦ занимает выбор продуцента. Для культивирования используются бактерии разных родов, например, такие как - Achromobacter, Agrobacterium, Enterobacter, Rhizobium, Pseudomonas, Salmonella, Sarcina , Sarcina и так далее. Бактерия Komagataeibacter xylinus является классическим производителем этого материала.
Культивирование бактерий осуществляется на различных субстратах с разной эффективностью. Глюкоза, фруктоза, ксилоза, крахмал, мальтоза, а также глицерин могут использоваться в качестве источника углерода. Глюкоза и глицерин является лучшим субстратом для производства, поскольку обеспечивает высокую выработку БЦ до 2,4 и 3,3 г / л / сут соответственно.
Исследования бактериальной целлюлозы (БЦ), выполненные в самые последние годы, свидетельствуют о несомненных перспективах этого природного полимера для восстановительной хирургии, реконструкции дефектов кожных покровов, для клеточной и тканевой инженерии в качестве опорных носителей с возможностью депонирования и доставки лекарственных препаратов [1].
Особый интерес представляет направление, ориентированное на получение косметических масок на основе бактериальной целлюлозы. Маски для лица используются для быстрого и глубокого увлажнения, восстановления кожи и контроля кожного сала. Преимуществом БЦ по сравнению с гидрогелевыми масками являются высокие механические свойства, высокие показатели влагопоглащения для нагрузки и высвобождения активных веществ.
Цель работы - получить и исследовать пленки бактериальной целлюлозы, синтезированные Komagataeibacter xylinus В-12068, на различных субстратах, в качестве основы для косметических масок.
Для выполнения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1. Получить пленки бактериальной целлюлозы в культуре штамма Komagataeibacter xylinus B-12068 с применением различных субстратов (глюкоза и глицерин).
2. Исследовать свойства поверхности и физико-механические
характеристики полученных пленок бактериальной целлюлозы.
3. Изучить адсорбцию и десорбцию водных и масляных растворов биологически активных веществ, пленками бактериальной целлюлозы.
4. Оценить адгезивные свойства пленок бактериальной целлюлозы, в культуре клеток мышиных фибробластов линии NIH/3T3.
1. Поверхностным способом на различных субстратах получена и исследована бактериальная целлюлоза в культуре штамма Komagataeibacter xylinus. Установлено, что продуктивность выращивания пленок БЦ по сырой и сухой массе на глицерине выше (на 29,3 %), по сравнению с пленками БЦ на глюкозе.
2. Доказано, что на диаметр волокон пленок БЦ влияет в большой степени субстрат в отличие от способа высушивания. Пленки БЦ, синтезированные на глицерине имеют волокна диаметром преимущественно 142 мкм, в отличие от волокон пленки синтезированной на глюкозе (230 мкм).
3. Установлено, что на физико-механические свойства пленок БЦ влияют наличие влаги и способ высушивания. Значения модуля Юнга пленок БЦ (84,61±6,1 Мпа), высушенных при комнатной температуре, превышали Модуль Юнга сырых и лиофилизированных пленок в 10 и 1,9 раз, соответственно.
4. Доказано, что адсорбционные и десорбционные свойства пленок БЦ зависят от субстрата и используемого раствора, pH и времени экспозиции. Влагоемкость пленок БЦ синтезированных на глицерине в воде в 1,2 раза выше пленок, полученных на глюкозе, при этом десорбция масла и воды из пленок БЦ выше при pH раствора равного 6.
5. Способность пленок БЦ, синтезированных на глицерине, поддерживать рост и адгезию клеток доказана в культуре фибробластов мыши линии NIH 3T3. Полученные пленки БЦ по всем характеристикам рекомендованы для использования и дальнейшего изучения в качестве основы косметических масок.
1. Лияськина, Е. В. Биотехнология бактериальных экзополисахаридов / Е.В. Лияськина, В.В. Ревин, М.И. Назаркина, А.О. Богатырева, М.В. Щанкин // Актуальная биотехнология. 2015. № 3 (14). С.31-32.
2. Волова, Т. Г. Современные биоматериалы: мировые тренды, место и роль микробных полигидроксиалканоатов / Т.Г. Волова // Журнал Сибирского Федерального Университета, 2014. - Т.7. №2. С. 103-133.
3. Машковский, М. Д. Лекарственные средства / М.Д. Машковский // Торсинг. - Харьков, 1997. - Т.1. -С. 344.
4. Иванова, Л. А. Коллаген в технологии лекарственных форм / Л. А. Иванова, И.А. Сычеников, Т.С. Кондратьева // Медицина, 1984. - 112 с.
5. Полонская М. В. Разработка состава и технологии лиофилизированных глазных препаратов на коллагене: автореф. дис. ... канд. фарм. наук. - Курск, 2001. - 23 с.
6. Истранова, Е. В. Новая субстанция коллагена / Е.В. Истранова, Р.К. Абоянц, Л.П. Истранов, Е.Н. // Ихтиокол. Фармация. - 2004. - №5 - С. 34-36.
7. Балабаев, В. С. Хитин и хитозан / В.С. Балабаев, Л.В. Антипова // Материалы XXI века. Успехи современного естествознания. - 2012. № 6. С. 130.
8. Островский, Н. В. Оценка эффективности применения инновационных раневых биопокрытий на основе хитозана при лечении ожоговых ран у крыс / Н.В. Островский // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана: Матер. Одиннадцатой Международ. конф. - Мурманск, 2012. С. 386-391.
9. Иванушко, Л. А. Антибактериальные и антитоксические свойства хитозана и его производных / Л.А. Иванушко // Тихоокеанский медицинский журнал. 2007. № 3. С. 82-85.
10. Ефременко, Е. Н. Бактериальная целлюлоза: биокаталитический синтез и применение/ Е. Н. Ефременко, Н. А. Степанов, Т. А. Махлис, С. Д.
Варфоломеев // Химия биомассы: биотоплива и биопластики: Научный мир / Московский. гос. ун-т. им. М. В. Ломоносова- Москва, 2017. - С. 763.
11. Пиневич, А. В. Чудо - пленки, или слово о бактериальной целлюлозе / А. В. Пиневич // Вестник Санкт-Петербургского университета. - 2007. - № 3. - С. 33 12. Petersen, N. Bacterial cellulose-based materials and medical devices: current sta te and perspectives / Petersen N., Gatenholm P. // Applied Microbiology and Bio tec hno log y. 2011. V. 91(5). P. 1277-1286.
12. Баснакьян, И. А. Культивирование микроорганизмов с заданными свойствами / И. А. Баснакьян // Журнал Медицина. - Москва, 2002- С. 192.
13. Barsha, J. Reactions relating to carbohydrates and polysaccharides. XLVI. Structure of the cellulose synthesized by the action of Acetobacter xylinus on fructose and glycerol / J. Barsha, H. Hibbert // Canadian Journal of Research. - 1994. № 10. P. 170-179.
14. Ефременко, E.H. Бактериальная целлюлоза, биокаталитический синтез и применение / Е.Н. Ефременко, Н.А. Степанов, Т.А. Махлис, С.Д. Варфоломеев. // Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН-М. - 2011- С. 763-789.
15. Ross, P. Cellulose biosynthesis and function in bacteria / P. Ross, R. Mayer, M. Benziman // Journal of Medical Microbiology. - 1991. - P. 55, 35-58....41