Данная работа посвящена исследованию изменения надмолекулярной и кристаллической структуры бактериальной целлюлозы (БЦ) под действием целлобиогидролазы для разработки биодеградируемых раневых покрытий и материалов с необходимыми структурными свойствами. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Обзор научной литературы по теме исследования. 2. Подбор условий реакции ферментативного гидролиза бактериальной целлюлозы очищенным белком целлобиогидролазой. 3. Подбор оптимального метода подготовки образцов БЦ для их исследования физико-химическими методами. 4. Исследование образцов нативной БЦ и БЦ, подвергшейся ферментативному гидролизу, методами малоуглового и ультрамалоуглового рассеяния нейтронов, рентгеновской дифракции, низкотемпературной адсорбции азота, а также методами атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии для получения полного представления об эволюции кристаллической и надмолекулярной структуры БЦ. 5. Исследование биосовместимости БЦ, обработанной ферментом в тесте in vitro на клеточных линиях и в эксперименте in vivo на грызунах, а также исследование эффективности повязок на основе гидролизованной БЦ в сравнении со стандартной терапией. Исследования проведены на базе отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ «Курчатовский институт» ПИЯФ (г. Гатчина, Россия), где выполнены все работы по планированию эксперимента, биохимические исследования и in vitro тесты, а также на приборной базе ресурсных центров Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН (г. Москва, Россия), Института химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН (г. Санкт-Петербург, Россия), Лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна, Россия), Института кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН (г. Москва, Россия) и Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (г. Гархинг, Германия), где проводились физикохимические исследования. В результате комплексного изучения была показана эволюция надмолекулярной и кристаллической структуры бактериальной целлюлозы на разных стадиях ферментативного гидролиза и проведено сравнение характеристик обработанной БЦ с образцами нативной целлюлозы. Кроме того, эксперименты in vitro и in vivo не выявили цитотоксического эффекта при добавлении фермента в повязки БЦ и показали в целом положительное влияние на лечение обширных ожогов III степени, ускоряя заживление ран у крыс. Полученные результаты могут послужить основой для дальнейшей разработки эффективных биоразлагаемых повязок для лечения кожных дефектов различной этиологии.

The crystal and supramolecular structure of the bacterial cellulose (BC) has been studied at different stages of cellobiohydrolase hydrolysis using various physical and microscopic methods. Enzymatic hydrolysis significantly affected the crystal and supramolecular structure of native BC, in which the 3D polymer network consisted of nanoribbons with a thickness T ≈ 8 nm and a width W ≈ 50 nm, and with a developed specific surface SBET ≈ 260 m2 ·g −1 . Biodegradation for 24 h led to a ten percent decrease in the mean crystal size Dhkl of BC, to two-fold increase in the sizes of nanoribbons, and in the specific surface area SBET up to ≈ 100 m2 ·g −1. Atomic force and scanning electron microscopy images showed BC microstructure «loosening» after enzymatic treatment, as well as the formation and accumulation of submicron particles in the cells of the 3D polymer network. Experiments in vitro and in vivo did not reveal cytotoxic effect by the enzyme addition to BC dressings and showed a generally positive influence on the treatment of extensive III-degree burns, significantly accelerating wound healing in rats. Thus, in our opinion, the results obtained can serve as a basis for further development of effective biodegradable dressings for wound healing.