Исследование посвящено электрохимическим процессам в гидрогелевых средах. В работе рассматривается электрохимическая модель диффузии электроактивного фенотиазинового красителя толуидинового синего (ТС) в среде комбинированного альгинат-желатинового геля при пепсиновом протеолизе. Представлены данные циклической вольтамперометрии (ЦВА) красителя в кислой среде. Проведен расчет коэффициента диффузии ТС. Показаны качественные и количественные изменения кривых ЦВА по отношению к данным, полученным в нейтральной среде. Методом ЦВА изучена диффузия красителя в гидрогелях различного состава. Проведены расчеты коэффициента диффузии ТС в гелевых средах при различных соотношениях альгинат/желатин. Выяснено влияние состава гидрогеля на характер вольтамперных кривых, характеризующих окислительно-восстановительные превращения электроактивной метки. Электрохимическое поведение толуидинового синего в альгинат-желатиновом гидрогеле с соотношением компонентов 1:3 в присутствии пепсина характеризуется значением разности потенциалов пиков окисления и восстановления ∆E = 120,3 мВ, а также соотношением пиковых токов: Ipox/Ipred = 1,08 при Ipred = 8,99 мкА и Ipox = 9,70 мкА, что приближает систему к обратимому электрохимическому поведению. Внесение пепсина приводит к ускорению диффузии красителя, количественно выраженному в динамике значений силы тока и соответствующему росту значения эффективного коэффициента диффузии. Разработанная модель может быть использована для имитации in electrode элементов воспалительных реакций, исследования качества ферментных препаратов, оценки диффузионных свойств различных гелеобразователей и их устойчивости к протеолизу.
толуидиновый синий, пепсин, желатин, альгинат, циклическая вольтамперометрия
1. Shumyantseva V.V., Bulko T.V., Suprun E.V., Kuzikov A.V., Agafonova L.E., Archakov A.I. Electrochemical methods in biomedical studies. Biochem. Suppl. Ser. B Biomed. Chem., 2015, vol. 9, no. 3, pp. 228-243.
2. Черенков И.А. Раевских К.С., Сергеев В.Г., Кривилев М.Д. Моделирование протеазной активности с использованием электрохимического интерфейса. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2018, т. 3, № 2, С. 422-426.
3. Stoytcheva M., Zlatev R., Cosnier S., Arredondo M. Square wave voltammetric determination of trypsin activity. Electrochim. Acta, Elsevier, 2012, vol. 76, pp. 43-47.
4. Fonseca K.B., Bidarra S.J., Oliveira M.J., Granja P.L., Barrias C.C. Molecularly designed alginate hydrogels susceptible to local proteolysis as three-dimensional cellular microenvironments. Acta Biomater. Acta Materialia Inc., 2011, vol. 7, no. 4, pp. 1674-1682.
5. Черенков И.А., Кропачева Т.Н., Перевозчиков Е.А., Сергеев В.Г. Электрохимическая оценка метаболи-ческой активности клеток родококков, иммобилизованных на планарном графитовом электроде. Технологии живых систем, 2015, т. 12, № 2, c. 12-19.
6. Trevors J.T., Pollack G.H. Hypothesis: The origin of life in a hydrogel environment. Prog. Biophys. Mol. Biol. 2005. vol. 89, no. 1. pp. 1-8.
7. Mishra S., Scarano F.J., Calvert P. Entrapment of Saccharomyces cerevisiae and 3T3 fibroblast cells into blue light cured hydrogels. J. Biomed. Mater. Res. - Part A, 2012, vol. 100 A, no. 10, pp. 2829-2838.
8. González-Fernández E., Avlonitis N., Murray A. F., Mount A.R., Bradley M. Methylene blue not ferrocene: Optimal reporters for electrochemical detection of protease activity. Biosens. Bioelectron. Elsevier, 2016, vol. 84, pp. 82-88.
9. Deng D., Hao Y., Yang S., Han Q., Liu L., Xiang Y., Tu F., Xia N. A signal-on electrochemical biosensor for evaluation of caspase-3 activity and cell apoptosis by the generation of molecular electrocatalysts on graphene electrode surface for water oxidation. Sensors Actuators, B Chem. Elsevier, 2019, vol. 286, pp. 415-420.
10. Allavena P., Garlanda C., Borrello M. G., Sica A., Mantovani A. Pathways connecting inflammation and cancer. Curr. Opin. Genet. Dev., 2008, vol. 18, no. 1, pp. 3-10.
11. Сергеев В.Г., Сергеева Т.Н., Чучков В.М. Клеточные механизмы хронического нейровоспаления. Морфологические ведомости, 2014, № 4, c. 31-36.
12. Oda K., Luo Y., Yoshihara A., Ishido, Y., Sekihata K., Usukura K., Sue M., Hiroi N., Hirose T., Suzuki K. Follicular thyroglobulin induces cathepsin H expression and activity in thyrocytes. Biochem. Biophys. Res. Commun. Elsevier, 2017, vol. 483, no. 1, pp. 541-546.
13. Dunn J.T., Dunn D. Update on intrathyroidal iodine metabolism. Thyroid, 2001, vol. 11, no. 5, pp. 407-414.
14. Электроаналитические методы, ред. Шольц Ф. М.: Бином «Лаборатория знаний», 2010, 326 с.
15. Goudie M.J. et al. Investigation of Diffusion Characteristics through Microfluidic Channels for Passive Drug Delivery Applications. J. Drug Deliv., 2016, vol. 2016, pp. 1-9.
