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用于组织工程的模块化,组织特异性和可生物降解的水凝胶交联剂

合成水凝胶在组织工程中广东快三走势图被广泛研究其可调节的物理化学性质,但是具有生物惰性并且缺乏组织特异性提示以产生适当的生物反应。为了向这些水凝胶引入组织特异性生化信号,我们开发了一种模块化水凝胶交联剂,聚(乙醇酸)-聚(乙二醇)-聚(乙醇酸)-di(丁-2-炔-1,4)-二硫醇(PdBT),可以通过简单地将PdBT在水中与适当的生物分子在室温下混合,用小的基于肽的线索和大的大分子线索进行功能化。通过软骨相关的疏水性N-钙粘蛋白肽,亲水性骨形态发生蛋白肽和软骨衍生的糖胺聚糖硫酸软骨素的功能化产生软骨和骨特异性PdBT大分子。这些生物功能化的PdBT大分子单体可以自发地交联聚合物,例如聚(N-异丙基丙烯酰胺),以产生适合于间充质干细胞包封的快速交联,高度溶胀,细胞相容和可水解降解的水凝胶。这些有利的特性与PdBT的模块化设计和易于功能化相结合,为其在组织工程应用中的应用奠定了巨大的潜力。

简介

聚合物水凝胶由于多种原因非常适合组织工程和其他生物医学应用,包括它们为细胞提供的水合环境及其可调节的物理化学性质(1,2)。在这些水凝胶中使用的合成聚合物包括热响应性聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAm),其在高于其下临界溶解温度时经历物理凝胶化,以及聚(乙二醇)(PEG)和各种其他聚醚,聚酯的衍生物。等等(2,3)。这些聚合物可以交联形成高度有组织的网络,通过吸水膨胀以填充组织缺陷部位并为细胞提供支架(3,4)。化学交联对于维持形成水凝胶的完整性是必要的,并且热响应性聚合物如PNIPAAm必须经常交联以防止水凝胶从称为脱水收缩的链压缩中崩溃(3)。此外,水凝胶交联剂可通过水解或酶促降解生物降解,以便随着组织再生的进行水凝胶被细胞外基质取代(1)。虽然已经开发了许多用于组织工程的水凝胶和合成交联剂,但这些系统主要是生物惰性的,因此需要进一步修饰以产生组织特异性生物活性,这是发展所需组织表型的关键先决条件(1,3)。

引入水凝胶生物活性的方法包括组织特异性生长因子和肽的递送,以及生物活性大分子如糖胺聚糖作为水凝胶材料的使用(5,6)。例如,来自转化生长因子-β超家族的组织特异性生长因子通常通过从诸如明胶微粒的中间血管的控制释放来递送,以促进骨和软骨再生(7)。或者,这些组织特异性生物分子可以直接与水凝胶缀合,以产生生物活性提示的原位呈现,并降低生物分子扩散引起的异位效应的风险(8,9)。然而,用于生物分子缀合的接头反应,例如1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)化学和硫醇-马来酰亚胺化学,易受与常见官能团的副反应的影响。在生物分子上发现并经常涉及细胞毒性试剂,这可能会限制生物分子的选择并损害生物相容性(10)。

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