Composite Aerogel Materials with Hemostatic Effect Based on Alginate and Chitosan

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Currently, there is a high global demand for new, effective hemostatic materials. Highly porous organic aerogels derived from bioactive polysaccharides of marine origin, such as sodium alginate and chitosan, show great promise for these applications. Due to their advanced structure and natural origin, these materials possess important properties such as biocompatibility, biodegradability, nontoxicity, chemical inertness, fibrousness, mechanical strength, and water insolubility. In this study, composite aerogel materials were synthesized from a combination of alginate and chitosan, with the addition of active additives (magnetite and vaterite). Their properties were evaluated to assess their potential as hemostatic materials. The results show that the developed materials feature a well-developed micro-mesoporous structure, which provides a high moisture absorption capacity when exposed to a saline solution, simulating the pH of warm-blooded animals. The maximum absorbency was 67 and 43 g/g for the materials containing vaterite and magnetite, respectively, which can be attributed to differences in their porous structures. The antimicrobial activity tests confirmed the suitability of these materials for biomedical applications. The materials exhibited the strongest antibacterial activity against Staphylococcus aureus and Bacillus subtilis, with growth inhibition zones of 24 ± 0.2 and 20 ± 0.2 mm, respectively. A comparative analysis of their hemostatic performance in vivo demonstrated that the materials are capable of stopping bleeding at a higher rate than a cotton swab. Specifically, the blood clotting times for the materials containing vaterite and magnetite were 32.64 and 49.61 s, respectively, which is 1.3 to 2 times faster than the control group. These findings indicate that composite aerogel materials based on a complex of sodium alginate and chitosan, with the inclusion of active additives (magnetite and vaterite), have strong potential to compete in both the international and Russian markets for hemostatic drugs and medical devices.

About the authors

N. A Gorshkova

N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: nat.gorshkova@mail.ru
Arkhangelsk, Russia

O. S Brovko

N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Arkhangelsk, Russia

S. L Kashutin

N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Arkhangelsk, Russia

References

  1. Липатов В.А., Лазаренкo С. В., Северинов, Д.А., Денисов А.А., Падалкина О.В. // Журнал им. НВ Склифосовского "Неотложная медицинская помощь". 2024. Т. 13. С. 241–246.
  2. Северинов Д.А., Лазаренкo С.В., Сотников К.А., Похожай В.В., Ансимова П.В., Липатов В.А. // Современ. технологии в мед. 2020. Т. 12. С. 139–149.
  3. Tompeck A.J., Dowling M., Johnson S.B., Barie P.S., Winchell R.J., King D., Narayan M. // J. Trauma Acute Care Surger. 2020. V. 88. P. 1–21.
  4. Бежин А.И., Солдатова Д.С., Истранов Л.П., Истранова Е.В., Литвиненко И.В., Рыжов А.С. // Оперативн. хирург. клинич. анатомия. 2018. Т. 2. С. 11–17.
  5. Сопромадзе С.Ш., Липатов В.А. / // Innova. 2020. T. 3. C. 42–47.
  6. Khovtsov M.V., Tolstikova T.G., Borisov S.A., Dushkin A.V. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2019. V. 45. P. 438–450. https://doi.org/10.1134/S1068162019060219
  7. Кузнецова Т.А., Андрюков Б.Г., Беседнова Н.Н., Хотимченко Ю.С. // Биология моря. 2021. T. 47. C. 3–12.
  8. Варламов В.П., Ильина А.В., Шагдарова Б Ц., Луньков А.П., Мысякина И.С. // Уст. биологии. химии. 2020. T. 60. C. 317–368.
  9. Белозерская Г.Г., Макаров В.А., Жидков Е.А. // Хим.-фары. журн. 2006. T. 40. C. 9–15. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2006-40-7-9-15
  10. Самохвалов И.М., Головко К.П., Рева В.А. // Вестн. Рос. военно-мед. акад. 2013. T. 44. C. 187–191.
  11. Молчанова А.А., Гринберг В.Б., Кушиков К.Т. // Вестник АГИУВ. 2018. № 2. C. 23–26.
  12. Маевская Е.Н., Дресвянина Е.Н., Шабунин А.С., Добровольская И.П., Панеях М.Б., Федюк А.М., Зиновьев Е.В. // Рос. нанотехнол. 2020. T. 15. C. 493–504.
  13. Kozen B.G., Kircher S.J., Henao J. // Acad. Emerg. Med. 2008. V. 15. P. 74–79.
  14. Белозерская Г.Г., Макаров В.А., Момот А.П., Джулакян У.Л., Малыхина Л.С., Неведрова О.Е., Бычичко Д.Ю., Лемперт А.Р., Голубев Е.М., Широкова Т.И., Шальнев Д.В., Никитина Н.М., Кабак В.А., Логвинова Ю.С., Миронов М.С. // Патент RU 2628809 Cl, 2016.
  15. Sharma A., Verma C., Singh P., Mukhopadhyay S., Gupta A., Gupta B. // Int. J. Biol. Macromol. 2024. V. 264. P. 130771. https://doi.org/10.1016/j.jbbiomac.2024.130771
  16. Белозерская Г.Г., Бычичко Д.Ю., Кабак В.А., Лемперт А.Р., Неведрова О.Е., Малыхина Л.С., Момот А. П. // Клин. физиолог. кровообра. 2018. T. 15. C. 222–229.
  17. Швецов И.С. // Соврем. наука: актуал. проби. теории и практики. Сер.: Естеств. и техн. Наук. 2021. T. 5. C. 230–235.
  18. Горшкова Н.А., Паламарчук И.А., Бровко О.С., Слобода А.А., Ивахнов А.Д., Малков А.В., Богданович Н.И., Ловдина Т.И. // Сверхкритич. флюиды: теория и практика. 2024. T. 19. C. 13–29. https://doi.org/10.34984/SCFTP.2024.19.3.002.
  19. Горшкова Н.А., Бровко О.С., Паламарчук И.А., Боголицын К.Г. // Приклад. биохим. микробиол. 2022. T. 58. C. 123–131.
  20. Горшкова Н.А., Бровко О.С., Паламарчук И.А., Ивахнов А.Д., Богданович Н.И., Воробьева Т.Я. // Прикл. биохим. микробиол. 2024. T. 60. C. 25–32. https://doi.org/10.31857/S0555109924020038
  21. Белозерская Г.Г. // Хирургия. 2004. T. 9. C. 55–59.
  22. Липатов В.А., Северянов Д.А., Саакян, А.Р. // Innova. 2019. T. 1. C. 16–22.
  23. Gorshkova N.A., Brovko O.S., Palamarchuk I.A., Ivakhnov A.D., Bogolitsyn K.G., Bogdanovich N.I., Chukhchin D.G. // Russ. J. Physical Chem. B. 2021. V. 15. P. 1135–1141. https://doi.org/10.1134/S1990793121070058
  24. Brovko O.S., Palamarchuk I.A., Boissova T.A., Bogolitsyn K.G., Valchuk N.A., Chukhchin D.G. // Macromol. Res. 2015. V. 23. P. 1059–1067.
  25. Sergeeva A., Vikulina A.S., Volodkin D. // Micromachines. 2019. V. 10. P. 357. https://doi.org/10.3390/mi10060357
  26. Hingrajiya R.D., Patel M.P. // Int. J. Biol. Macromol. 2023. V. 244. P. 125251. https://doi.org/10.1016/j.jbbiomac.2023.125251
  27. Cai J., Chen X. // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 39463–39469.
  28. Al-barudi A., Sinani G., Ulker Z. // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2014. V. 109. P. 748–756. https://doi.org/10.1007/s10971-024-06312-0
  29. Li S., Renick P., Senkovsky J., Nair A., Tang L. // Adv. Wound Care (New Rochelle). 2021. V. 10. P. 317–327. https://doi.org/10.1089/wound.2019.1103
  30. Oporta O., Jaton K., Greub G. // Clin. Microbiol. Infect. 2015. V. 21. P. 323–331. https://doi.org/10.1016/j.cmi.2015.02.005
  31. Миклис Н.И., Алексеев И.С., Бурак И.И., Дорошенко И.А., Гончаревич А.Л., Ладик Ю.С. // Вестник ВГМУ. 2020. Т.19. С. 40–47.
  32. Семчиков Ю.Д., Жильцов С.Ф., Зайцев С.Д. // Введение в химию полимеров. СПб.: Лань, 2014. 222 с.
  33. Маслова Н.В., Кочевова Ж.Ю., Суханов П.Т., Змеев А.В. // ИВУЗ. Химия и химическая технология. 2022. Т. 65. С. 27–34.
  34. Семина Н.А., Сидоренко С.В., Резван С.П., Грудинина С.А., Страчунский Л.С., Стецюк О.У., Середа З.С. // Клинич. микробиол. антимикроби. химиотер. 2004. Т. 6. С. 306–359.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences