Полисахариды водорослей, образующие гидрогели: от морских водорослей до биомедицинских применений

Рост водорослевой промышленности и развитие биопереработки водорослей сопровождаются повышением потребности в применениях биополимеров, выделяемых из водорослей, с высокой добавленной стоимостью. Использование таких биополимеров в биомедицине может стать одним из наиболее перспективных направлений, однако его практическая реализация сопряжена с рядом сложностей. Полисахариды, выделяемые из морских водорослей, уже давно применяются в биомедицинских исследованиях — например, агарозные гели используют для электрофореза и культивирования бактерий. Для преодоления существующих проблем и дальнейшего развития высокотехнологичных применений полисахаридов необходимо рассмотреть весь путь — от морских водорослей до биомедицинских применений. Он включает культивирование водорослей, выделение полисахаридов, изучение их химии и характеристик, переработку, а также понимание взаимодействия мягкой материи с живыми организмами. В настоящем обзоре представлены полисахариды водорослей, способные самостоятельно образовывать гидрогели: альгинат, каррагинан, ульван, крахмал, агароза, порфиран и (нано)целлюлоза; эти соединения классифицированы по механизмам гелеобразования. Основное внимание уделено стратегиям культивирования и выделения, позволяющим получать чистые полисахариды, взаимосвязи их структуры и свойств, современным подходам к химической модификации полисахаридного остова и использованию этих модификаций для целенаправленного изменения свойств полисахаридов. Представлены доступные методы характеристики каждой структурной шкалы организации полисахаридного гидрогеля и обсуждено влияние его свойств на взаимодействие с биологическими системами. В заключение предложены перспективы дальнейшего развития этой области и рассмотрено, как более широкое применение образующих гидрогели полисахаридов, выделяемых из водорослей, может радикально преобразовать современную водорослевую промышленность.