Hydrogeler – polymernätverk med högt vatteninnehåll – kan fungera som en vävnadshärma, vilket ger förutsättningar för en livskraftig kultur av inbäddade celler, med olika tillämpningar inom biomedicinsk teknik som vävnadsteknik och regenerativ medicin.
Hydrogelnätverk bildas ofta genom att kemiskt modifiera polymerer, såsom hyaluronsyra, en polymer som finns i den extracellulära matrisen som omger celler, med andra molekyler, såsom norbornen, för att bilda ett tvärbundet polymernätverk. Tidigare publicerade metoder kopplade norbornen till hyaluronsyra med hjälp av dimetylsulfoxid, ett organiskt lösningsmedel som är farligt för både miljön och användaren.
Forskare från University of Michigan utvecklade en ny syntesväg för att modifiera hyaluronsyra med norbornen för användning i hydrogeler med ett vattenlösligt kopplingsmedel, DMTMM, vilket eliminerar behovet av skadliga organiska lösningsmedel.
Resultaten av studien publiceras i Carbohydrate Polymer Technologies and Applications .
"Genom att eliminera behovet av organiska lösningsmedel som är skadliga för celler har vi utvecklat en syntes som är bättre lämpad för vävnadstekniska tillämpningar", säger Eleanor Plaster, doktorand i biomedicinsk teknik och första författare till studien.
Förutom att öka hållbarheten för hydrogelsyntes, minskar den nya syntesvägen reaktions- och reningstiden som krävs för att erhålla produkten. Medan tidigare metoder som använder dimetylsulfoxid krävde en flerstegsreaktion och flera veckors rening, sker DMTMM-metoden i ett steg och kräver bara två till tre dagars rening.
"Vår nyutvecklade syntesmetod ökar lättheten i produktionen, vilket gör det möjligt för laboratorier att göra sin egen polymer mer effektivt. Det kan också tillåta andra grupper som inte tidigare var utrustade att syntetisera denna polymer att utföra reaktionen själva istället för att lägga ut den på entreprenad", säger Plaster.
Användning av ett vattenbaserat kopplingsmedel ökar också användbarheten för användning i biomedicinska tillämpningar, eftersom organiska lösningsmedel inte är kompatibla med celler. Forskarna bekräftade att celler är livskraftiga i norbornen-modifierad hyaluronsyra syntetiserad med DMTMM, vilket gör att detta material kan användas för cellodling för vävnadstekniska tillämpningar.
"Den syntesväg som Eleanor har banat väg för i vårt labb påskyndar inte bara forskningsprocessen avsevärt utan har också en bred tillämpbarhet för olika polymerer och modifieringar. Jag är entusiastisk över att bevittna de framtida riktningar hon kommer att styra denna forskning mot", säger motsvarande författare. Claudia Loebel, biträdande professor i materialvetenskap och teknik.
Mer information: Eleanor M. Plaster et al, DMTMM-medierad syntes av norbornen-modifierade hyaluronsyrapolymerer för att undersöka cell-hydrogel-interaktioner, Carbohydrate Polymer Technologies and Applications (2023). DOI:10.1016/j.carpta.2023.100360
Tillhandahålls av University of Michigan College of Engineering
