Сучасні тренди використання "розумних" біологічно-активних гідрогелів

Abstract

У статті здійснено комплексний аналіз сучасних тенденцій у дослідженні та застосуванні «розумних» біологічно-активних гідрогелів — інноваційних полімерних матеріалів, здатних змінювати свої фізико-хімічні властивості у відповідь на зовнішні стимули. Такі гідрогелі є ключовими компонентами в розвитку біомедичних технологій, зокрема в адресній доставці лікарських засобів, тканинній інженерії, хіміотерапії, біосенсориці та 3D-біодруці. У роботі розглянуто класифікацію «розумних» гідрогелів за типом зшивання (хімічне та фізичне), походженням (природне чи синтетичне), а також за типом зовнішніх подразників — фізичних (температура, світло, електричне або магнітне поле) та хімічних (pH, іонна сила, концентрація речовин). Особливу увагу приділено термочутливим гідрогелям, які демонструють фазові переходи залежно від температури, що дозволяє використовувати їх як носії для контрольованого вивільнення лікарських речовин. Описано механізми переходу між розчинним і нерозчинним станами, зокрема при досягненні нижньої критичної температури розчину (НКТР) або верхньої критичної температури розчину (ВКТР). У статті наведено приклад створення діагностично-терапевтичної системи на основі термочутливого терполімеру, який включає акриламід, N-ізопропілакриламід та N-акрилоїлоксифталімід, з іммобілізованим ферментом трипсином. Така система дозволяє локалізувати лікарську речовину у хворому органі за рахунок температурно-індукованого фазового переходу, що забезпечує не лише терапевтичний ефект, а й діагностичну функцію. Окремий розділ присвячено застосуванню «розумних» гідрогелів у 3D-біодруці. The article presents a comprehensive analysis of current trends in the research and application of "smart" biologically active hydrogels - innovative polymer materials capable of changing their physicochemical properties in response to external stimuli. Such hydrogels are key components in the development of biomedical technologies, in particular in targeted drug delivery, tissue engineering, chemotherapy, biosensing and 3D bioprinting. The paper considers the classification of "smart" hydrogels by type of crosslinking (chemical and physical), origin (natural or synthetic), as well as by type of external stimuli - physical (temperature, light, electric or magnetic field) and chemical (pH, ionic strength, concentration of substances). Special attention is paid to thermosensitive hydrogels, which demonstrate phase transitions depending on temperature, which allows them to be used as carriers for controlled release of medicinal substances. The mechanisms of transition between soluble and insoluble states are described, in particular when the lower critical solution temperature (LCST) or upper critical solution temperature (UCT) is reached. The article provides an example of creating a diagnostic and therapeutic system based on a thermosensitive terpolymer, which includes acrylamide, N-isopropylacrylamide and N-acryloyloxyphthalimide, with immobilized enzyme trypsin. Such a system allows localizing the medicinal substance in the diseased organ due to the temperature-induced phase transition, which provides not only a therapeutic effect, but also a diagnostic function. A separate section is devoted to the use of "smart" hydrogels in 3D bioprinting.