Гіалуронова кислота та її роль у створенні гідрогелів з антимікробними властивостями
DOI:
https://doi.org/10.30857/2786-5371.2026.2.2Ключові слова:
гідрогель, гіалуронова кислота, антимікробні властивості, молекулярна маса, хімічне та фізичне зшиванняАнотація
Метою роботи є систематизація сучасних підходів до створення гідрогелів з антимікробними властивостями на основі гіалуронової кислоти, аналіз впливу її молекулярної маси та хімічної модифікації на біологічні властивості, а також обґрунтування ефективних стратегій дизайну гібридних систем із контрольованим вивільненням антимікробних агентів для застосування у рановій терапії та регенеративній медицині. Дослідження базується на системному аналізі та узагальненні сучасних наукових публікацій, присвячених фізико-хімічним властивостям гіалуронової кислоти, методам її хімічного та фізичного зшивання, а також розробці антимікробних гідрогелів. Проведено порівняльний аналіз різних стратегій модифікації полімеру, включаючи ковалентне та фізичне зшивання, формування нанокомпозитів і створення стимул-чутливих систем. Оцінено вплив молекулярної маси гіалуронової кислоти на її антимікробні, протизапальні та регенеративні властивості. Встановлено, що гіалуронова кислота є ефективною основою для створення гідрогелів завдяки високій біосумісності, біодеградабельності та здатності до хімічної функціоналізації. Показано, що її власна антимікробна активність є помірною та залежить від молекулярної маси, причому високомолекулярні форми проявляють переважно антиадгезивну та протизапальну дію. Доведено, що найбільш ефективними є гібридні гідрогелеві системи, які поєднують гіалуронову кислоту з антимікробними агентами (антибіотиками, полікатіонами, наночастинками металів або фотосенсибілізаторами). Визначено, що застосування динамічних ковалентних зв’язків та стимул-чутливих механізмів дозволяє реалізувати контрольоване, локалізоване та “on-demand” вивільнення активних компонентів. Узагальнено сучасні уявлення про роль гіалуронової кислоти як функціональної основи для створення гідрогелів з антимікробними властивостями із урахуванням залежності біологічних ефектів від молекулярної маси полімеру. Розширено класифікацію стратегій дизайну гідрогелів шляхом інтеграції підходів ковалентного, фізичного та динамічного зшивання з концепціями стимул-чутливих систем. Обґрунтовано доцільність використання гібридних композицій, що поєднують регенеративні властивості гіалуронової кислоти з вираженою
антимікробною активністю додаткових компонентів. Отримані результати можуть бути використані при розробці нових біоматеріалів для лікування інфікованих ран, опіків та післяопераційних ускладнень. Запропоновані підходи до створення гідрогелевих систем забезпечують підвищення ефективності локальної антимікробної терапії, зниження системного навантаження антибіотиків і мінімізацію ризику розвитку антимікробної резистентності. Результати дослідження також можуть бути застосовані у фармацев тичній технології, тканинній інженерії та біомедичних розробках при створенні ін’єкційних, імплантаційних і покривних матеріалів нового покоління.
Завантаження
Посилання
Zhu J., Cheng H., Zhang Z., Chen K., Zhang Q., Zhang C., Gao W., Zheng Y. Antibacterial Hydrogels for Wound Dressing Applications: Current Status, Progress, Challenges, and Trends. Gels. 2024. Vol. 10, № 8. Art. 495. DOI: https://doi.org/10.3390/gels10080495.
Hoffman A. S. Hydrogels for biomedical applications. Advanced Drug Delivery Reviews. 2012. No. 64(Suppl). P.18–23. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addr.2012.09.010.
Peppas N. A., Hilt J. Z., Khademhosseini A., Langer R. Hydrogels in biology and medicine: from molecular principles to bionanotechnology. Advanced Materials. 2006. No. 18(11). P. 1345–1360. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.200501 612.
Highley C. B., Prestwich G. D., Burdick J. A. Recent advances in hyaluronic acid hydrogels. Current Opinion in Biotechnology. 2016. No. 40. P. 35–40. DOI: https://doi.org/10.1016/j.copbio.2016.02.008.
Drury J. L., Mooney D. J. Hydrogels for tissue engineering. Biomaterials. 2003. No. 24(24). P. 4337–4351. DOI: https://doi.org/10.1016/S0142-9612(03)00340-5.
Jiang S.-j., Zhang X., Ma Y., Tuo Y., Qian F., Fu W., Mu G. Characterization of whey protein-carboxymethylated chitosan composite films with and without transglutaminase treatment. Carbohydrate Polymers. 2016. Vol. 153. P. 153–159. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.07.094.
Caló E., Khutoryanskiy V. V. Biomedical applications of hydrogels: A review of patents and commercial products. European Polymer Journal. 2015. No. 65. P. 252–267. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2014.11.024.
Grabowski M., Gmyrek D., Żurawska M., Trusek A. Hyaluronic Acid: Production Strategies, Gel-Forming Properties, and Advances in Drug Delivery Systems. Gels. 2025. Vol. 11, № 6. Art. 424. DOI: https://doi.org/ 10.3390/gels11060424.
Xue Y., Chen H., Xu C., Yu D., Xu H., Hu Y. Synthesis of hyaluronic acid hydrogels by crosslinking the mixture of high-molecular-weight hyaluronic acid and low-molecular-weight hyaluronic acid with 1,4-butanediol diglycidyl ether. RSC Adv. 2020. No. 10. P.7206–7213. DOI: https://doi.org/10.1039/ c9ra09271d.
Burdick J. A., Prestwich G. D. Hyaluronic acid hydrogels for biomedical applications. Adv Mater. 2011. No. 23(12). P. H41–H56. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201003963.
Zamboni F., Wong C. K., Collins M. N. Hyaluronic acid association with bacterial, fungal and viral infections: Can hyaluronic acid be used as an antimicrobial polymer for biomedical and pharmaceutical applications? Bioact Mater. 2022. Vol. 19. P. 458–473. DOI: https://doi.org/ 10.1016/j.bioactmat.2022.04.023.
Boeriu C. G., Springer J., Kooy F. K., van den Broek L. A. M., Eggink G. Production methods for hyaluronan. Int J Carbohydr Chem. 2013. 2013. Art. 624967. DOI: https://doi.org/10.1155/2013/624967.
Fallacara A. et al. Hyaluronic Acid in the Third Millennium: Perspectives in Dermatology. Polymers. 2018. No. 10(7). Art. 701. DOI: https://doi.org/10.3390/polym10070701.
Necas J. et al. Hyaluronic acid (hyaluronan): a review. Veterinarni Medicina. 2008. No. 53(8). P. 397–411. DOI: https://doi.org/10.17221/1930-VETMED.
An C., Li H., Zhao Y., Zhang S., Zhao Y., Zhang Y., Yang J., Zhang L., Ren C., Zhang Y., Liu J., Wang H. Hyaluronic acid-based multifunctional carriers for applications in regenerative medicine: A review. International Journal of Biological Macromolecules. 2023. Vol. 231. P. 123307. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.123307.
Tool, B. P. Hyaluronan: From extracellular glue to pericellular cue. Nature Reviews Cancer. 2004. No. 4. P.528–539. DOI: https://doi.org/10.1038/nrc1391.
Khunmanee S, Jeong Y, Park H. Crosslinking method of hyaluronic-based hydrogel for biomedical applications. J Tissue Eng. 2017. No. 8. Art. 2041731417726464. DOI: https://doi.org/10.1177/2041731417726464.
Luo Z, Wang Y, Xu Y, Wang J, Yu Y. Modification and crosslinking strategies for hyaluronic acid-based hydrogel biomaterials. Smart Med. 2023. No. 2(4). Art. 20230029. DOI: https://doi.org/10.1002/SMMD.20230029.
Pérez L. A., Hernández R., Alonso J. M., Pérez-González R., Sáez-Martínez V. Hyaluronic acid hydrogels crosslinked in physiological conditions: synthesis and biomedical applications. Biomedicines. 2021. No. 9(9). Art. 1113. DOI: https://doi.org/10.3390/biomedicines9091113.
Prakash G., Clasky A. J., Gadani K., Nazeri M., Gu F. X. Ion-mediated crosslinking of hyaluronic acid into hydrogels without chemical modification. ChemRxiv. 19 August 2024. DOI: https://doi.org/10.26434/chemrxiv-2024-rjwq5.
Pirnazar P., Wolinsky L., Nachnani S., Haake S., Pilloni A., Bernard G. W. Bacteriostatic effects of hyaluronic acid. J Periodontol. 1999. No. 70(4). P. 370–374. DOI: https://doi.org/10.1902/jop.1999.70.4.370.
Ardizzoni A., Neglia R. G., Baschieri M. C., Cermelli C., Caratozzolo M., Righi E., Palmieri B., Blasi E. Influence of hyaluronic acid on bacterial and fungal species, including clinically relevant opportunistic pathogens. J Mater Sci Mater Med. 2011. No. 22(10). P. 2329–2338. DOI: https://doi.org/10.1007/s10856-011-4408-2.
Romanò C. L., De Vecchi E., Bortolin M., Morelli I., Drago L. Hyaluronic acid and its composites as a local antimicrobial/antiadhesive barrier. J Bone Jt Infect. 2017. No. 2(1). P. 63–72. DOI: https://doi.org/10.7150/jbji.17705.
Watson A. L., Eckhart K. E., Wolf M. E., Sydlik S. A. Hyaluronic acid-based antibacterial hydrogels for use as wound dressings. ACS Appl Bio Mater. 2022. No. 5(12). P.5608–5616. DOI: https://doi.org/10.1021/acsabm.2c00647.
Andrade del Olmo J., Pérez-Álvarez L., Sáez Martínez V., Benito Cid S., Pérez González R., Vilas-Vilela J. L., Alonso J. M. Drug delivery from hyaluronic acid–BDDE injectable hydrogels for antibacterial and anti-inflammatory applications. Gels. 2022. No. 8(4), Art. 223. DOI: https://doi.org/10.3390/gels8040223.
Mashaqbeh H., Hamed R., Alzoubi H., Obaidat R., Alnaeif M., Rezigue M., Abukassab H. T., Al-Farhan W., Obeid M. Hyaluronic acid/chitosan/glycerophosphate-based in situ-forming hydrogel for accelerated wound healing. Pharmaceutics. 2025. No. 11(10). Art. 835. DOI: https://doi.org/10.3390/gels11100835.
Wang X., Xu P., Yao Z., Fang Q., Feng L., Guo R., Cheng B. Preparation of antimicrobial hyaluronic acid/quaternized chitosan hydrogels for the promotion of seawater-immersion wound healing. Front Bioeng Biotechnol. 2019. No. 7. Art. 360. DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2019.00360.
Pérez-Álvarez L, Ruiz-Rubio L, Lizundia E, Hernáez E, Vilas-Vilela JL, León LM. Development of multiactive antibacterial multilayers of hyaluronic acid and chitosan onto poly(ethylene terephthalate). Eur Polym J. 2019. No. 112. P. 31–37. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2018.12.038.
Sceglovs A., Siverino C., Skadins I., Sceglova M., Pirsko V., Moriarty T. F., Kroica J., Salma-Ancane K. Injectable ε-polylysine/hyaluronic acid hydrogels with resistance-preventing antibacterial activity for treating wound infections. ACS Appl Bio Mater. 2025. No. 8(11). P.9916–9930. DOI: https://doi.org/10.1021/acsabm.5c01252.
Ferreres G., Pérez-Rafael S., Torrent-Burgués J., Tzanov T. Hyaluronic Acid Derivative Molecular Weight-Dependent Synthesis and Antimicrobial Effect of Hybrid Silver Nanoparticles. Int. J. Mol. Sci. 2021. No. 22. Art. 13428. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms222413428.
Makvandi P., Ashrafizadeh M., Ghomi M., Najafi M., Hossein H. H. S., Zarrabi A., Mattoli V., Varma R. S. Injectable hyaluronic acid-based antibacterial hydrogel adorned with biogenically synthesized AgNPs-decorated multi-walled carbon nanotubes. Prog Biomater. 2021. No. 10(1). P. 77–89. DOI: https://doi.org/10.1007/s40204-021-00155-6.
Kapusta O., Jarosz A., Stadnik K., Giannakoudakis D. A., Barczyński B., Barczak M. Antimicrobial natural hydrogels in biomedicine: properties, applications, and challenges–a concise review. Int J Mol Sci. 2023. No. 24(3). Art. 2191. DOI: https://doi.org/10.3390/ijms24032191.
Tian R., Qiu X., Yuan P., Lei K., Wang L., Bai Y., Liu S., Chen X. Fabrication of self-healing hydrogels with on-demand antimicrobial activity and sustained biomolecule release for infected skin regeneration. ACS Appl Mater Interfaces. 2018. No. 10(20). P. 17018–17027. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.8b01740.
Huang L., Li W., Guo M., Huang Z., Chen Y., Dong X., Li Y., Zhu L. Silver doped-silica nanoparticles reinforced poly (ethylene glycol) diacrylate/hyaluronic acid hydrogel dressings for synergistically accelerating bacterial-infected wound healing. Carbohydrate polymers. 2023. Vol. 304. Art. 120450. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.120450.
Ren Y., Ma S., Zhang D., Guo S., Chang R., He Y., Yao M., Guan F. Functionalized injectable hyaluronic acid hydrogel with antioxidative and photothermal antibacterial activity for infected wound
healing. Int J Biol Macromol. 2022. Vol. 210. P. 218–232. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.05.024.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Олена Іщенко, Ігор Охріменко
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
