zdorПроблемы здоровья и экологииHealth and Ecology Issues2220-09672708-6011Gomel State Medical University10.51523/2708-6011.2025-22-2-05zdor-2796Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНА И БИОЛОГИЯEXPERIMENTAL MEDICINE AND BIOLOGYРазработка нового состава антибактериального полимерного покрытия для тканого сосудистого протезаDevelopment of a new composition of an antibacterial polymeric coating for modification of a woven vascular prosthesishttps://orcid.org/0000-0001-5395-5044ДорошкоЕ. Ю.DoroshkoYa. Y.

Дорошко Евгений Юрьевич - к.м.н., старший преподаватель кафедры хирургических болезней̆ № 1 с курсом сердечно-сосудистой хирургии.

Гомель

Yauheni Y. Doroshko - Candidate of Medical Sciences, Senior Lecturer at the Department of Surgery No.1 with the course of Cardiovascular Surgery, Gomel State Medical University.

Gomel

ronaldy93@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7782-3281КапланМ. Л.KaplanM. L.

Каплан Марк Львович - к.м.н., доцент, заведующий кафедрой хирургических болезней № 1 с курсом сердечно-сосудистой хирургии.

Гомель

Mark L. Kaplan - Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Surgery No.1 with the course of Cardiovascular Surgery, Gomel State Medical University.

Gomel

kaplan_md@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5493-0164АртюшковЕ. Л.ArtyushkovE. L.

Артюшков Евгений Леонидович - старший преподаватель кафедры хирургических болезней № 1 с курсом сердечно-сосудистой хирургии.

Гомель

Evgeniy L. Artyushkov - Senior Lecturer at the Department of Surgical Diseases No.1 with the course of Cardiovascular Surgery, Gomel State Medical University.

Gomel

artyushkov.e@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2613-6742ВинидиктоваН. С.VinidiktovaN. S.

Винидиктова Наталья Сергеевна - к.т.н., старший научный сотрудник отдела «Композиционные материалы и рециклинг полимеров».

Гомель

Natalia S. Vinidiktova - Candidate of Technical Sciences, Senior researcher at the Department “Composite Materials and Polymer Recycling”, V.A. Belyi Metal-Polymer Research Institute of National Academy of Sciences of Belarus.

Gomel

ronaldy93@mail.ruГомельский государственный медицинский университетGomel State Medical UniversityИнститут механики металлополимерных систем имени В. А. Белого Национальной академии наук БеларусиV.A. Belyi Metal-Polymer Research Institute of National Academy of Sciences of Belarus2025290620252224652Copyright © Дорошко Е.Ю., Каплан М.Л., Артюшков Е.Л., Винидиктова Н.С., 20252025Дорошко Е.Ю., Каплан М.Л., Артюшков Е.Л., Винидиктова Н.С.Doroshko Y.Y., Kaplan M.L., Artyushkov E.L., Vinidiktova N.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.gsmu.by/jour/article/view/2796Цель исследования

Цель исследования. Разработать новый состав антибактериального полимерного покрытия для модификации тканого сосудистого протеза в эксперименте.

Материалы и методы

Материалы и методы. Экспериментально определены механическая и антибактериальная устойчивость, клеточные и тканевые реакции модифицированных тканых сосудистых протезов с гидрогелевым покрытием из поливинилового спирта, поливинилпирролидона, хитозана, гиалуроновой кислоты и антибиотика ванкомицина (1 %); образцов тканых сосудистых протезов с гидрогелевым покрытием из поливинилового спирта, поливинилпирролидона, хитозана, L-аспарагиновой кислоты и антибиотика ванкомицина (1 %); образцов тканых сосудистых протезов с гидрогелевым покрытием из поливинилового спирта, хитозана, L-аспарагиновой кислоты и антибиотика ванкомицин (1 %).

Результаты

Результаты. Оценка механической устойчивости и оценка продолжительности антибактериальной устойчивости модификаций выявила, что наличие L-аспарагиновой кислоты повышает устойчивость к вымыванию ванкомицина (1 %) из поливинил-хитозанового покрытия и увеличивает продолжительность антибактериальной устойчивости протеза по сравнению с гиалуроновой кислотой с 4 до 5 суток. Оценка клеточных и тканевых реакции показала, что добавление поливинилпирролидона в покрытие на основе поливинил-хитозановового комплекса с L-аспарагиновой кислотой уменьшает трансформацию грануляционной ткани в грубоволокнистую соединительную ткань.

Заключение

Заключение. Экспериментально определено, что для модификации тканых сосудистых протезов лучшим из протестированных антибактериальных полимерных покрытий является комбинация поливинилового спирта, хитозана, L-аспарагиновой кислоты после замачивания в 1%-ном растворе ванкомицина на протяжении 30 мин.

Objective

Objective. To develop a new composition of an antibacterial polymeric coating for modifying a woven vascular prosthesis in an experiment.

Materials and methods

Materials and methods. Experimentally determined mechanical and antibacterial resistance, cellular and tissue reactions of modified woven vascular prostheses with a hydrogel coating from polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, chitosan, hyaluronic acid and the antibiotic vancomycin (1%); samples of woven vascular prostheses with a hydrogel coating from polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, chitosan, L-aspartic acid and an antibiotic Vancomycin (1%); samples of woven vascular prostheses with a hydrogel coating of polyvinyl alcohol, chitosan, L-aspartic acid and the antibiotic Vancomycin (1%).

Results

Results. Evaluation of mechanical stability and evaluation of duration of antibacterial resistance of modifications revealed that the presence of L-aspartic acid inhances resistance to leaching of Vancomycin (1%) from the polyvinyl chitosan coating and increases the duration of antibacterial resistance of the prosthesis compared with hyaluronic acid from 4 to 5 days. Evaluation of cellular and tissue reactions shows that the addition of polyvinylpyrrolidone into a coating based on a polyvinyl-chitosan complex with L-aspartic acid reduces the rate of transformation of granulation tissue into coarse-fibrous connective tissue.

Conclusion

Conclusion. It was experimentally determined that the best tested antibacterial polymeric coating for modification of woven vascular prostheses is a combination of polyvinyl alcohol, chitosan, and L-aspartic acid after soaking in a 1% solution of Vancomycin for 30 minutes.

тканый сосудистый протезполимерыантибактериальные покрытияэкспериментклеточные и тканевые реакцииwoven vascular prosthesispolymersantibacterial coatingsexperimentcellular and tissue reactionsРабота выполнена в рамках финансируемых НИР из средств БРФФИ, гранта Президента и Инновационного фонда Гомельского областного исполнительного комитета, № госрегистрации 20192872 от 30.10.2019.The work was carried out within the research project funded by the Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research and the Innovation Fund of Gomel Regional Executive Committee, State registration No. 20192872 dated 30.10.2019.ReferencesMagill SS, Edwards JR, Bamberg W, Beldavs Z, Dumyati G, Kainer M. Emerging infections program healthcare-associated infections and antimicrobial use prevalence survey team. Multistate point-prevalence survey of health care-associated infections. New Eng J Med. 2014;370:1198-1208. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJMoa1306801Magill SS, Edwards JR, Bamberg W, Beldavs Z, Dumyati G, Kainer M. Emerging infections program healthcare-associated infections and antimicrobial use prevalence survey team. Multistate point-prevalence survey of health care-associated infections. New Eng J Med. 2014;370:1198-1208. DOI: https://doi.org/10.1056/NEJMoa1306801Бокерия Л.А., Абдулгасанов Р.А., Иванов А.В., Аракелян В.С. Текстильные сосудистые протезы в ангиохирургии. Анналы хирургии. 2019;24(3):165-174. DOI: https://doi.org/10.24022/1560-9502-2019-24-3-165-174Bokeria LA, Abdulgasanov RA, Ivanov AV, Arakelyan VS. Textile vascular prostheses in angiosurgery. Annals of Surgery. 2019;24 (3):165-174. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.24022/1560-9502-2019-24-3-165-174Дорошко Е.Ю., Лызиков А.А. Биомеханические свойства, патогенетические механизмы и пути инфицирования тканых сосудистых протезов в ангиохирургии. Проблемы Здоровья и Экологии. 2020;66(4):79-86. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2020-17-4-5Doroshko YaY, Lyzikov AA. Biomechanical properties, pathogenetic mechanisms and pathways of infection of tissue-engineered vascular conduits in angiosurgery. Health and Ecology Issues. 2020;(4):79-86. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2020-17-4-5Дорошко Е.Ю., Лызиков А.А., Каплан М.Л., Тихманович В.Е. Клинико-демографическая характеристика пациентов и факторы риска инфицирования искусственных сосудистых протезов после реконструктивных операций на аорто-подвздошно-бедренном сегменте. Журнал ГрГМУ [дата обращения 2025 январь 18]. Режим доступа: http://journal-grsmu.by/index.php/ojs/article/view/2701Doroshko EYu, Lyzikov AA, Kaplan ML, Tikhmanovich VE. Clinical and demographic characteristics of patients and risk factors for infection of artificial vascular prostheses after reconstructive operations on the aorto-iliac-femoral segment. GrSMU Journal [date of access 2025 January 18]. Available from: http://journal-grsmu.by/index.php/ojs/article/view/2701 (In Russ.).Дорошко Е.Ю., Лызиков А.А., Тихманович В.Е., Каплан М.Л. Анализ инфекционных осложнений искусственных сосудистых протезов после операций на аорто-подвздошно-бедренном сегменте. Хирургия. Восточная Европа. 2021;10(4):508-516. DOI: https://doi.org/10.34883/PI.2021.10.4.019Doroshko EYu, Lyzikov AA, Tikhmanovich VE, Kaplan ML. Analysis of infectious complications of artificial vascular prostheses after operations on the aorto-iliac-femoral segment. Surgery Eastern Europe. 2021;10(4):508-516. DOI: https://doi.org/10.34883/PI.2021.10.4.019Chouirfa H, Bouloussa H, Migonney V, Falentin-Daudre C. Review of titanium surface modification techniques and coatings for antibacterial applications. Acta Biomater. 2019;83:37-54. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.10.036Chouirfa H, Bouloussa H, Migonney V, Falentin-Daudre C. Review of titanium surface modification techniques and coatings for antibacterial applications. Acta Biomater. 2019;83:37-54. DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2018.10.036Hasan J, Crawford RJ, Ivanova EP. Antibacterial surfaces: the quest for a new generation of biomaterials. Trends Biotechnol. 2013;31:295-304. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2013.01.017Hasan J, Crawford RJ, Ivanova EP. Antibacterial surfaces: the quest for a new generation of biomaterials. Trends Biotechnol. 2013;31:295-304. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2013.01.017Li S, Dong S, Xu W, Tu S, Yan L, Zhao C, et al. Antibacterial hydrogels. Adv Sci. 2018;5:1700527. DOI: https://doi.org/10.1002/advs.201700527Li S, Dong S, Xu W, Tu S, Yan L, Zhao C, et al. Antibacterial hydrogels. Adv Sci. 2018;5:1700527. DOI: https://doi.org/10.1002/advs.201700527Ng VW, Chan JM, Sardon H, Ono RJ, Garcia JM, Yang YY, et al. Antimicrobial hydrogels: a new weapon in the arsenal against multidrug-resistant infections. Adv Drug Del Rev. 2014;78:46-62. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addr.2014.10.028Ng VW, Chan JM, Sardon H, Ono RJ, Garcia JM, Yang YY, et al. Antimicrobial hydrogels: a new weapon in the arsenal against multidrug-resistant infections. Adv Drug Del Rev. 2014;78:46-62. DOI: https://doi.org/10.1016/j.addr.2014.10.028Bhattarai RS, Das A, Alzhrani RM, Kang DJ, Bhaduri SB, Boddu SHS. Comparison of electrospun and solvent cast polylactic acid (PLA)/polyvinyl alcohol) (PVA) inserts as potential ocular drug delivery vehicles. Materials Science and Engineering. 2017;77:895-903. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.03.305Bhattarai RS, Das A, Alzhrani RM, Kang DJ, Bhaduri SB, Boddu SHS. Comparison of electrospun and solvent cast polylactic acid (PLA)/polyvinyl alcohol) (PVA) inserts as potential ocular drug delivery vehicles. Materials Science and Engineering. 2017;77:895-903. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.03.305Ou KK, Dong X, Qin CL, Ji XN, He JX. Properties and toughening mechanisms of PVA/PAM double-network hydrogels prepared by freeze-thawing and anneal-swelling. Materials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications. 2017;77:1017-1026. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.03.287Ou KK, Dong X, Qin CL, Ji XN, He JX. Properties and toughening mechanisms of PVA/PAM double-network hydrogels prepared by freeze-thawing and anneal-swelling. Materials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications. 2017;77:1017-1026. DOI: https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.03.287Hu B, Owh C, Chee PL, Leow WR, Liu X, Wu Y-L. Supramolecular hydrogels for antimicrobial therapy. Chem Soc Rev. 2018;47:6917-6929. DOI: https://doi.org/10.1002/chem.202001349Hu B, Owh C, Chee PL, Leow WR, Liu X, Wu Y-L. Supramolecular hydrogels for antimicrobial therapy. Chem Soc Rev. 2018;47:6917-6929. DOI: https://doi.org/10.1002/chem.202001349Zhao C, Zhou L, Chiao M, Yang W. Antibacterial hydrogel coating: Strategies in surface chemistry. Adv Colloid Interface Sci. 2020;285:102280. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2020.102280Zhao C, Zhou L, Chiao M, Yang W. Antibacterial hydrogel coating: Strategies in surface chemistry. Adv Colloid Interface Sci. 2020;285:102280. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2020.102280Cikhoreva G, Bannikova G, Stolbushkina P, Panov A, Drozd N, Makarov V, et al. Preparation and anticoagulant activity of a lowmolecular-weight sulfated chitosan. Carbohydr Polym. 2005;62(4):327-332. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jsps.2019.11.003Cikhoreva G, Bannikova G, Stolbushkina P, Panov A, Drozd N, Makarov V, et al. Preparation and anticoagulant activity of a lowmolecular-weight sulfated chitosan. Carbohydr Polym. 2005;62(4):327-332. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jsps.2019.11.003Muxika A, Etxabide A, Uranga J, Guerrero P, de la Caba K. Chitosan as a bioactive polymer: Processing, properties and applications. Int J Biol Macromol. 2017;105(2):1358-1368. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.07.087Muxika A, Etxabide A, Uranga J, Guerrero P, de la Caba K. Chitosan as a bioactive polymer: Processing, properties and applications. Int J Biol Macromol. 2017;105(2):1358-1368. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.07.087Лызиков А.А., Тапальский Д.В., Дорошко Е.Ю., Цветкова Е.А., Зятьков А.А., Каплан М.Л. [и др.]. Антибактериальная устойчивость модифицированных тканых сосудистых протезов при моделировании инфицированной раны в эксперименте. Проблемы Здоровья и Экологии. 2022;19(1):83-92. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2022-19-1-11Lyzikov AA, Tapalski DV, Doroshko YY, Tsvetkova EA, Ziatskov AA, Kaplan ML, et al. Antibacterial resistance of modified woven vascular prostheses in experimental infected wound modeling. Health and Ecology Issues. 2022;19(1):83-92. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2022-19-1-11Лызиков А.А., Надыров Э.А., Дорошко Е.Ю. Клеточные и тканевые реакции в ответ на имплантацию модификаций искусственных сосудистых протезов в эксперименте. Проблемы Здоровья и Экологии. 2022;19 (1): 93-101. DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2022-19-1-12Lyzikov AA, Nadyrov EA, Doroshko YY. Cell and tissue reactions in response to experimental implantation of modified artificial vascular prostheses. Health and Ecology Issues. 2022;19(1):93-101. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.51523/2708-6011.2022-19-1-12Li J, Mooney DJ. Designing hydrogels for controlled drug delivery. Nat Rev Mater. 2016;1:16071. DOI: https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.71Li J, Mooney DJ. Designing hydrogels for controlled drug delivery. Nat Rev Mater. 2016;1:16071. DOI: https://doi.org/10.1038/natrevmats.2016.71Yang K, Han Q, Chen B, Zheng Y, Zhang K, Li Q. Antimicrobial hydrogels: promising materials for medical application. Int J Nanomedicine. 2018;13:2217. DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S154748Yang K, Han Q, Chen B, Zheng Y, Zhang K, Li Q. Antimicrobial hydrogels: promising materials for medical application. Int J Nanomedicine. 2018;13:2217. DOI: https://doi.org/10.2147/IJN.S154748

The authors declare that there are no conflicts of interest present.