Физики МГУ сообщили об обнаружении двух эффектов, которые возникают при воздействии солей хрома на коллаген. Обработка биоматериалов на основе коллагена растворами хрома является наиболее известной методикой химической сшивки коллагена. И хотя она применяется в кожной промышленности на протяжении столетий, эффекты, возникающие при этом процессе, не были до конца изучены, однако ученые восполнили этот пробел.

Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Biological Macromolecules.

Коллаген – это самый распространенный белок животных и человека, имеющий огромное биомедицинское значение. Коллаген является частью сухожилий, костей и кожи. Материалы на основе коллагена широко используются как в медицине, например, в тканевой инженерии, так и в производстве продукции для повседневной жизни: косметики, обуви, сумок и т.д.

Одним из основных недостатков коллагеновых биоматериалов является их неустойчивость. Они разлагаются в организме в результате воздействия протеолитических ферментов, таких как коллагеназы. Чтобы замедлить биодеградацию биоматериалов на основе коллагена, а также придать им дополнительную прочность, используются различные методики химической сшивки коллагена, наиболее известной из которых является обработка растворами хрома. Обработка хромом известна в кожной промышленности уже несколько веков как хромовое дубление кожи. Хотя воздействие хрома на волокна коллагена хорошо изучено, оставалось непонятным, как катионы хрома влияют на отдельные молекулы коллагена – тропоколлаген.

Физики МГУ с коллегами обнаружили два эффекта, возникающие при воздействии солей хрома (III) на коллаген: значительное увеличение гибкости молекул тропоколлагена и их агрегация в растворе. Обнаруженные эффекты не зависят от того, какая из трех солей хрома использовалась: ацетат хрома, хлорид хрома или нитрат хрома. Авторами также продемонстрирован одинаковый эффект замедления протеолитического расщепления коллагена, предварительно обработанного разными солями хрома (III).

«В работе использовались два взаимодополняющих метода: атомно-силовая микроскопия (АСМ) и динамическое рассеяние света (ДРС). Для объяснения обнаруженных эффектов предложена модель формирования внутри- и межмолекулярных сшивок коллагена, опосредованных катионами хрома (III)», – рассказала доцент физического факультета МГУ Ирина Сергеева.

«Полученные результаты способствуют лучшему пониманию молекулярных механизмов, лежащих в основе процесса хромового дубления коллагеновых материалов, таких как увеличение гибкости молекул коллагена и перекрестное связывание нескольких молекул коллагена друг с другом. Комбинированный подход, сочетающий в себе АСМ-исследование молекул коллагена на поверхности модифицированного графита и ДРС-анализ растворов коллагена, представляет собой платформу для изучения влияния других факторов на конформацию и физические свойства молекул коллагена», – сообщил ведущий научный сотрудник физического факультета МГУ Евгений Дубровин.

В исследовании также приняли участие ученые из Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины им. академика Ю.М. Лопухина и Университета Тюбингена.