Drukowane wstrzykiwane kompozyty hydrożelowe 3D przeznaczone do stosowania w różnych aplikacjach biomedycznych

Hydrożele 3D to hydrofilowe sieci polimerowe sieciowane przez chemiczne wiązanie kowalencyjne, interakcje fizyczne lub kombinację tych dwóch. Ze względu na sieciowanie między łańcuchami polimeru i ich hydrofilową naturę, hydrożele mogą faktycznie pęcznieć do stu razy, a nawet na tysiąc, ich wyschniętej masy bez konieczności rozpuszczania w wodzie.

Podczas gdy hydrożele były używane do być wstępnie przygotowane i wszczepione w docelowe miejsca w ludzkim ciele podczas zabiegów chirurgicznych, mogą teraz być łatwo wstrzyknięte ze strzykawki za pomocą cienkiej igły, dzięki czemu materiał jest idealny do zastosowań biomedycznych.

Zgodnie z rozprawą , zatytułowana "Injektowalne złożone hydrożele oparte na montażu metal-ligand do zastosowań biomedycznych" autorstwa Liyanga Shi z Uniwersytetu w Uppsali w Szwecji, wstrzykiwane hydrożele są bardzo przydatne w opracowywaniu minimalnie inwazyjnych procedur chirurgicznych, ponieważ "unikają uszkodzenia tkanek otaczających podczas operacji implantacji" i może łatwo wypełnić wady skomplikowanymi kształtami in situ. Ponadto, nie jest trudno drukować 3D wstrzykiwalnych hydrożelów, dzięki czemu tworzą bardziej zaawansowane, dostosowane hydrożele morfologiczne, automatyzując ich wytłaczanie ze strzykawki i programując ruch w pliku CAD.

Streszczenie rozprawy Shi brzmi: "Niniejsza praca przedstawia nowe strategie konstruowania hydrożeli do wstrzykiwania i ich różnych zastosowań biomedycznych, takich jak drukowanie 3D, medycyna regeneracyjna i dostarczanie leków. Hydrożele te usieciowane za pomocą dynamicznych wiązań koordynacyjnych metal-ligand wykazują właściwości rozrzedzania i ścinania, co prowadzi do nieograniczonego czasu do wstrzyknięcia. W porównaniu z niedynamicznymi sieciami opartymi na chemicznie reaktywnych prekursorach ciekłych polimerów, które tworzą wiązanie kowalencyjne podczas i / lub po iniekcji, nasze wstrzykiwane hydrożele z dynamicznymi wiązaniami krzyżowymi można wstrzykiwać z już usieciowanego stanu hydrożelu. "

Shi użył kwasu hialuronowego (HA) jako polimeru, ponieważ jest on jednocześnie biokompatybilny i biodegradowalny. Najpierw zmodyfikowano go za pomocą bisfosfonianu (BP) jako ligandu chelatującego (heterocykliczny pierścień w kształcie związku chemicznego).

"W pierwszej części tej pracy przedstawiłem różne podejścia chemiczne do syntezy HA o zmodyfikowanym BP (HA-BP) pochodne, jak również pochodne HA dwumodyfikowane za pomocą grup BP i akryloamidu (Am) (Am-HA-BP). Struktury pochodnych HA-BP zostały potwierdzone przez charakterystykę NMR, np. przez pik przy 2,18 ppm dla sąsiadujących protonów metylenowychdo mostkującego węgla BP w widmie 1H-NMR i piku fosforu przy 18,27 ppm w widmie 31P-NMR, odpowiednio "kontynuuje Shi. "W następnej części skonstruowano hydrożele przez proste zmieszanie roztworu HA-BP lub Am-HA-BP z jonami Ca2 + (papier I), jonami Ag + (papier II), mikrowłóknami jedwabnymi powleczonymi fosforanem wapnia (CaP @ mSF) ( Papier III) i nanocząsteczki krzemianu magnezu (MgSiO3) (Papier IV). "

Hydrożele wytworzone podczas eksperymentu" wykazywały cechy dynamiczne ", takie jak rozrzedzenie ścinania i właściwości samoleczenia. Shi zastosował cztery rodzaje hydrożeli w HA-BP do różnych zastosowań biomedycznych, w tym drukowanie 3D, gojenie się ran, regenerację kości i kontrolowane dostarczanie leków przeciwnowotworowych.

"Dodatkowo wykazano odwracalne hydrożele koordynacyjne być dalej kowalencyjnie usieciowanym światłem UV, aby utworzyć wtórne wiązanie poprzeczne, pozwalając na wzrost wytrzymałości i modułu hydrożeli "- napisał Shi." W ostatniej części tej pracy przedstawiono zastosowania biomedyczne tych hydrożeli . "

Shi użył domowej drukarki 3D do wytłaczania hydrożelu Am-HA-BP • Ca2 +, zanim użyje promieniowania UV do stworzenia konstrukcji przypominającej rurkę 3D z wieloma warstwami. Stosując model szczura z pełnowymiarowymi defektami skóry, hydrożel HA-BP • Ag + był w stanie zwiększyć proces gojenia się ran, wraz z grubością nowej warstwy naskórka szczura.

Ponadto podwójny krzyż -związane Am-HA-BP • Hydrożel CaP @ mSF był zdolny do indukowania tworzenia się nowej kości, bez konieczności dodawania jakichkolwiek czynników biologicznych lub komórek. Na koniec, hydrożel obciążony lekami przeciwnowotworowymi został przygotowany przez zmieszanie roztworu HA-BP z nanocząsteczkami MgSiO3 obciążonymi lekiem; uwolnione cząsteczki z tej kombinacji "zostały pobrane przez komórki rakowe w celu wywołania reakcji toksycznej."