Biomimetic collagen-carragenan scaffold for non-drug stimulation of tissue regeneration

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Objective. To evaluate the mechanical strength, biodegradability and biocompatibility of composite hydro- and xerogels made from hydrolyzed type I collagen and kappa-carrageenan.

Materials and methods. Using the TA.XTplus texture analyzer, the strength of composite hydro- and xerogels, as well as the intensity of their biodegradation in acidic, neutral and alkaline environments, were estimated. Using light and fluorescence microscopy, the morphometric characteristics of human fibroblasts and their proliferative activity were estimated.

Results. It was found that carrageenan in the hydrogel increases the strength of the structure. Lyophilization of the G4C4-Hydro composite hydrogel allows obtaining a biomaterial with improved mechanical characteristics and increased resistance to destruction in acidic, neutral and alkaline salt solutions. It was found that the G4C4-Hydro and G4C4-Xero samples do not have an inhibitory effect on fibroblast proliferation. It was found that, unlike hydrogel, xerogels not only support fibroblast adhesion on their surface, but also provide favorable conditions that keep fibroblasts viable.

Conclusion. The composite xerogel G4C4-Xero containing hydrolyzed type I collagen and kappa-carrageenan can be used both as an extracellular scaffold for creating tissue-engineering structures and as an independent biomaterial for filling the volume of tissue lost as a result of surgery or injury.

About the authors

P. A. Markov

National Medical Research Center of Rehabilitation and Balneology

Author for correspondence.
Email: p.a.markov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4803-4803
SPIN-code: 7493-5203

Candidate of Biological Sciences

Russian Federation, Moscow

E. A. Rozhkova

National Medical Research Center of Rehabilitation and Balneology

Email: p.a.markov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2440-9244
SPIN-code: 1578-6338

Biol. D.

Russian Federation, Moscow

P. S. Eremin

National Medical Research Center of Rehabilitation and Balneology

Email: p.a.markov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8832-8470
SPIN-code: 8597-6596
Russian Federation, Moscow

References

  1. Nasiri N., Haghdoost F., Habibi M. et al. Stem Cell Perspective for Regenerative Wound Healing: from Biology toward Future Clinical Directions: A Review. Cell Journal. 2025; 26 (10): 575–89. doi: 10.22074/cellj.2024.2034492.1613
  2. Pourjavadi A., Doroudian M., Ahadpour A. et al. Injectable chitosan/κ-carrageenan hydrogel designed with au nanoparticles: A conductive scaffold for tissue engineering demands. Int J Biol Macromol. 2019; 126: 310–7. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.11.256
  3. Liu S., Yu J.-M., Gan Y.-C. et al. Biomimetic natural biomaterials for tissue engineering and regenerative medicine: new biosynthesis methods, recent advances, and emerging applications. Mil Med Res. 2023; 10 (1): 16. doi: 10.1186/s40779-023-00448-w.
  4. Amirrah I., Lokanathan Y., Zulkiflee I. et al. A comprehensive review on collagen type I development of biomaterials for tissue engineering: from biosynthesis to bioscaffold. Biomedicines. 2022; 10 (9): 2307. doi: 10.3390/biomedicines10092307
  5. Gu L., Shan T., Ma Y. et al. Novel Biomedical Applications of Crosslinked Collagen. Trends Biotechnol. 2019; 37 (5): 464–91. doi: 10.1016/j.tibtech.2018.10.007
  6. Farshidfar N., Iravani S., Varma R.S. Alginate-Based Biomaterials in Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Marine Drugs. 2023; 21 (3): 189. doi: 10.3390/md21030189
  7. Klarak J., Brito A., Moreira L. et al. Using network analysis and large-language models to obtain a landscape of the literature on dressing materials for wound healing: The predominance of chitosan and other biomacromolecules: A review. Int J Biol Macromol. 2025; 26: 141565. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2025.141565
  8. Pacheco-Quito E.M., Ruiz-Caro R., Veiga M.D. Carrageenan: Drug Delivery Systems and Other Biomedical Applications. Marine Drugs. 2020; 18 (11): 583. doi: 10.3390/md18110583
  9. Yegappan R., Selvaprithiviraj V., Amirthalingam S. et al. Carrageenan based hydrogels for drug delivery, tissue engineering and wound healing. Carbohydr Polym. 2018; 198: 385–400. doi: 10.1016/j.carbpol.2018.06.086
  10. Wolf M.T., Daly K.A., Brennan-Pierce E.P. et al. A hydrogel derived from decellularized dermal extracellular matrix. Biomaterials. 2012; 33 (29): 7028–38. doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.06.051
  11. Drobnik J., Pietrucha K., Piera L. et al. Collagenous scaffolds supplemented with hyaluronic acid and chondroitin sulfate used for wound fibroblast and embryonic nerve cell culture. Adv Clin Exp Med. 2017; 26 (2): 223–30. doi: 10.17219/acem/62835
  12. Jiang D., Rinkevich Y. Scars or Regeneration? Dermal Fibroblasts as Drivers of Diverse Skin Wound Responses. Int J Mol Sci. 2020; 21 (2): 617. doi: 10.3390/ijms21020617
  13. Katoh K. FAK-Dependent Cell Motility and Cell Elongation. Cells. 2020; 9 (1): 192. doi: 10.3390/cells9010192

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Compressive strength of 4% gelatin hydrogel (G4), 4% carrageenan hydrogel (C4), composite hydrogel of 4% gelatin solution and 4% carrageenan solution (G4C4-Hydro) and composite xerogel of 4% gelatin solution and 4% carrageenan solution (G4C4-Xero) (the number of samples in each group is 5)

Download (38KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Strength of the composite hydrogel from 4% gelatin and 4% carrageenan solution (G4C4-Hydro) and the composite xerogel from 4% gelatin and 4% carrageenan solution (G4C4-Xero) after 24 hours of incubation in solution with acidic (pH = 6), neutral (pH = 7) and alkaline reactions (pH = 8) (the number of samples in each group is 5)

Download (47KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Human fibroblasts after 24 h of cultivation in a standard nutrient medium (a) and during co-cultivation with composite hydrogel G4C4-Hydro (б) and composite xerogel G4C4-Xero (в)

Download (78KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Human fibroblasts after 24 h of cultivation in a standard nutrient medium (а, б) and during co-cultivation with composite hydrogel G4C4-Hydro (в, г) and composite xerogel G4C4-Xero (д, е)

Download (130KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Proliferative activity of human fibroblasts after cultivation in a standard nutrient medium (control) and after co-cultivation with the composite hydrogel G4C4-Hydro and the composite xerogel G4C4-Xero

Download (60KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Human fibroblasts after 72 h of cultivation on plastic in a standard nutrient medium (a)and when cultivated on the surface of the composite hydrogel G4C4-Hydro (б) and the composite xerogel G4C4-Xero (в)

Download (83KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Human fibroblasts after 72 h of cultivation in inside the composite xerogel G4C4-Xero

Download (102KB)
Indexing metadata

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».