In situ crosslinkable hydrogels for engineered cellular microenvironments

Abstract

1 Отделение биоинженерии, Колледж наук о жизни и биоинженерии, Национальный университет Инчеона, Инчеон, 22012, Республика Корея 2 Факультет молекулярной науки и технологии, Университет Ажон, Сувон 443-749, Республика Корея 3 ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России, Москва, Российская Федерация Формируемые (сшиваемые) in situ гидрогели широко применяются в качестве терапевтических имплан-татов и систем доставки для различных биомедицинских технологий, включая тканевую инженерию, регенеративную медицину и фармакологию, благодаря биосовместимости гидрогелей и простоте инкор-порирования в них лекарственных веществ, клеток или сигнальных молекул в процессе образования сетчатой структуры. В последнее время гидрогелевые материалы часто используются в качестве искус-ственного внеклеточного матрикса из-за их структурного сходства с нативным внеклеточным матриксом человека, а также из-за возможности регулировать их многообразные свойства. В качестве клеточной микросреды (матриксов, носителей) на основе различных технологий сшивки был разработан ряд синте-тических, природных и полусинтетических гидрогелей. В данном обзоре обсуждаются вопросы создания формируемых in situ гидрогелей с регулируемыми физическими, химическими и биологическими свойс-твами. Будет сделан также анализ новых методов применения инновационных гидрогелевых материалов для создания клеточной микросреды как матриксов для биомедицинских тканевых продуктов, так и сис-тем доставки клеток и лекарственных веществ. In situ crosslinkable hydrogels have been widely used as therapeutic implants and vehicles for a broad range of biomedical applications including tissue regenerative medicine because of their biocompatibility and easiness of encapsulation of cells or signaling molecules during hydrogel formation. Recently, these hydrogel materials have been widely utilized as an artificial extracellular matrix (aECM) because of its structural similarity with the native extracellular matrix (ECM) of the human body and its multi-tunable properties. Various synthetic, natural, and semisynthetic hydrogels have been developed as engineered cellular microenvironments by using various crosslinking strategies. In this review, we discuss how in situ forming hydrogels are being created with tunable physical, chemical, and biological properties. In particular, we focus on emerging techniques to apply advanced hydrogel materials for engineered cellular microenvironments. ВВедеНиеПолимерные гидрогели представляют собой гид-рофильные трехмерные (3D) сетки, которые погло-щают и удерживают большое количество воды [1,2]. Эти полимерные системы широко используются в качестве терапевтических имплантатов и систем доставки для различных биомедицинских примене-ний, включая тканевую инженерию, регенератив-ную медицину и доставку лекарств [3][4][5][6]. Гидроге-ли можно разделить на два типа в соответствии с методами их получения: предварительно сформиро-ванные гидрогели и формируемые in...

New Composite Materials with Cross-Linked Structures Based on Grafted Copolymers of Acrylates on Cod Collagen

“…It is likely that, due to ionic cross-linking (Figure 2b) during the polymer solution neutralization and to the use of TEDMA, a matrix with a fine cellular structure was formed. Examples of such cross-linking have been described previously in the literature [24,26]. At high magnification, collagen fibers densified by the grafted synthetic fragment can be observed (Figure 5d).…”

“…formed. Examples of such cross-linking have been described previously in the literatu [24,26]. At high magnification, collagen fibers densified by the grafted synthetic fragme can be observed (Figure 5d).…”

“…However, grafted MMA copolymers on collagen can only be considered only as precursors of biodegradable materials. The creation of special-purpose materials requires the development of composites by introducing additional components with certain characteristics [17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31][32][33][34][35]. Thus, the research on the creation of composite materials with the inclusion of modifiers is significant and promising.…”

“…Along with PEG, other modifiers are also used. Natural collagen (gelatin) is characterized by low chemical and mechanical stability, so, when "cross-linked" with various chemical agents or physical exposure, its strength and elasticity are usually increased [23][24][25][26][27][28][29][30][31][32][33][34]. Moreover, "crosslinking" is possible with the formation of covalent [8,20,23,[25][26][27][28][29][30][32][33][34][35] and ionic [8,19,24,26,30] connections.…”

“…In this regard, an important step in the creation of any collagen material is the development of cross-linking conditions that provide mechanical strength and stability for the duration that the material is used. In this case, cross-linking agents were used for collagen fibers of various natures [23][24][25][26][27][28][29][30][31][32][33][34].…”