Biomateriālu antibakteriālās aktivitātes raksturojums ar Zeta potenciālu audu inženierijas pielietojumiem

Abstract

Darba mērķis bija izpētīt raksturot trīs hidrogēlu sēriju: N-karboksimetilhitozāns/hialuronskābe (CMC/HA), ε-polilizīns/hialuronskābe (ε-PL/HA), un ε-polilizīns/N-karboksimetilhitozāns/hialuronskābe (ε-PL/HA/CMC), fizikālķīmiskās īpašības, t.sk. Zeta potenciālu, lai izvērtētu to potenciālu izmantošanai audu inženierijā antibakterālu biomateriālu izstrādei. Izstrādātajiem hidrogēliem veikti Zeta potenciāla mērījumi dažādās vidēs, molekulārās struktūras analīze, morfoloģijas analīze, uzbriešanas pakāpes un, gēla frakcijas novērtējums, kā arī dabiskas izcelmses biopolimēru ε-polilizīns (ε-PL) un N-karboksimetilhitozāns (CMC) in vitro antibakteriālās aktivitātes tests pret Staphylococcus aureus un Pseudomonas aeruginosa. Rezultāti parādīja, ka hidrogēla sastāvs būtiski ietekmē virsmas lādiņu, porainību. Hidrogēls ε-PL/HA/CMC izcēlās ar vislabāko mehānisko stabilitāti, savukārt CMC/HA – ar augstāko uzbriešanas spēju. ε-PL/HA demonstrēja vidējas īpašības, saglabājot antibakteriālo efektu. Zeta potenciāla un strukturālo parametru kombinācija ļauj pielāgot hidrogēlu īpašības specifiskām biomedicīniskām vajadzībām.

The aim of the study was to characterize the physicochemical properties of three hydrogel series – carboxymethyl chitosan/hyaluronic acid (CMC/HA), ε-poly-L-lysine/hyaluronic acid (ε-PL/HA), and ε-poly-L-lysine/carboxymethyl chitosan/hyaluronic acid (ε-PL/HA/CMC) – including zeta potential, to evaluate their potential for use in tissue engineering for the development of antibacterial biomaterials. The synthesized hydrogels were subjected to zeta potential measurements in different solvent environments, molecular structure analysis (FTIR), morphological analysis (SEM), as well as swelling degree and gel fraction determination. Additionally, in vitro antibacterial activity testing was performed for the natural biopolymers ε-poly-L-lysine (ε-PL) and carboxymethyl chitosan (CMC) against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. The results showed that hydrogel composition significantly influences surface charge and structural porosity. The ε-PL/HA/CMC hydrogel exhibited the highest mechanical stability, while CMC/HA showed the highest swelling capacity. ε-PL/HA demonstrated moderate physicochemical properties while maintaining antibacterial effectiveness. The combination of zeta potential and structural parameters allows the tuning of hydrogel properties for specific biomedical applications.